| Главная » Статьи и полезные материалы » Микроскопы » Статьи о микроскопах, микропрепаратах и исследованиях микромира » Назначение поляризатора и анализатора Поляризатор и анализатор – это конструктивные элементы поляризационных микроскопов, которые используются для изучения минералов, кристаллов, волокон и других анизотропных объектов, т. е. объектов, внутри которых световые волны распространяются неравномерно в разных направлениях. Чтобы лучше понять назначение поляризатора и анализатора, обратимся к теории. Любой свет – это электромагнитная волна, которое свойственно колебательное движение. И он распространяется в соответствии со строгими законами физики и делает это достаточно хаотично. Но однажды ученые обнаружили, что проходя через некоторые среды (объекты), свет начинает себя вести иначе. Его свойства остаются неизменными, а вот направление колебаний становится другим и более упорядоченным. Так было открыто явление поляризации. Поляризатор и анализатор: закон МалюсаПоляризатор – это устройство, которое делает из естественного (хаотичного) света поляризованный (упорядоченный). Анализатор – устройство, которое позволяет определять, поляризован свет или нет, и регулировать его интенсивность. Анализатор и поляризатор, отличия которых друг от друга заключаются лишь в конструкции и месте установки в микроскопе, еще называют поляроидами. Вместе они образуют пару «Поляризатор–Анализатор». Эта пара действует в соответствии с законом Малюса. Он гласит, что если плоскости поляроидов установить идентично друг другу, пропущенный через поляризатор свет будет проходить через анализатор полностью. В то же время, если расположить их под углом 90°, анализатор полностью заблокирует поляризационный свет. Таким образом, закон Малюса описывает четкую и строгую связь между количеством пропускаемого света и углом между плоскостями его пропускания. В рамках статьи мы разобрали понятия поляризатора и анализатора, закона Малюса и поляризации света. Отдельно скажем, что поляроиды можно устанавливать на обычные световые микроскопы. Например, в нашем интернет-магазине вы можете приобрести устройство для простой поляризации для микроскопов Levenhuk MED 1000. Оно позволит превратить обычный биологический микроскоп в поляризационный. Кроме того, наши консультанты всегда готовы помочь вам подобрать профессиональный микроскоп для решения разных задач. Звоните или пишите! 4glaza.ru Использование материала полностью для общедоступной публикации на носителях информации и любых форматов запрещено. Разрешено упоминание статьи с активной ссылкой на сайт www.4glaza.ru. Производитель оставляет за собой право вносить любые изменения в стоимость, модельный ряд и технические характеристики или прекращать производство изделия без предварительного уведомления.
Другие обзоры и статьи о микроскопах, микропрепаратах и микромире:
|
Тематические статьи по фотонике
Компания Thorlabs предлагает широкий выбор узкополосных и широкополосных оптических изоляторов (изоляторы Фарадея) для работы в спектральном диапазоне от 365 до 4550 нм, включая модели для работы с излучением высокой интенсивности. В каталоге Thorlabs представлен широкий ассортимент волоконно-оптических изоляторов: поляризационно-независимые изоляторы (диапазон рабочих длин волн: 650-2010 нм) и поляризационно-зависимые изоляторы (770 – 2010 нм).
Оптические изоляторы. Принцип работы
Оптический изолятор – это устройство, которое пропускают свет в одном направлении. В основе работы оптического изолятора лежит магнитооптический эффект Фарадея. Изоляторы используются для защиты источников излучения от бликов, обратных отражений и сигналов. Обратные отражения могут повредить лазер или привести к скачку моды, амплитудной модуляции или частотному сдвигу. При работе с излучением высокой интенсивности обратные отражения могут привести к нестабильности и перепадам напряжения.
В 1842 году Фарадей обнаружил, что плоскость поляризации света вращается при распространении сквозь стекло (или другие материалы), которое находится в магнитном поле. Направление вращения зависит от направления магнитного поля и не зависит от направления распространения света. Угол поворота плоскости поляризации Ɵ пропорционален длине пути света в веществе L [см] и напряженности внешнего магнитного поля H [эрстед], в качестве коэффициента пропорциональности выступает постоянная Верде V [минуты/эрстед*см].
Оптический изолятор состоит из входного поляризатора, ячейки Фарадея с магнитом и выходного поляризатора. Входной поляризатор выступает в качестве фильтра, который пропускает только линейно поляризованный свет на вход ячейки Фарадея. Ячейка Фарадея поворачивает поляризацию света на 45°, после чего свет проходит через другой линейный поляризатор. На выходе из изолятора получаем свет, плоскость поляризации которого повернута на 45° относительно плоскости поляризации света на входе. При распространении света в обратном направлении ячейка Фарадея повернет плоскость поляризации в том же направлении, таким образом плоскость поляризации света, распространяющегося в обратном направлении будет повернута на 90° относительно плоскости поляризации входного излучения. Теперь плоскость поляризации света перпендикулярна плоскости поляризации, которую пропускает входной поляризатор, и в результате энергия света, распространяющегося в обратном направлении отражается или поглощается в зависимости от типа поляризатора.
Рис.1 Эффект Фарадея
Поляризационно-зависимые изоляторы
Распространение света в прямом направлении
Предположим, что поляризатор на входе пропускает излучение с вертикальной плоскостью поляризации (0° см. рис. 2). Излучение лазера, поляризованное или неполяризованное, проходит через поляризатор и становится вертикально-поляризованным. Ячейка Фарадея повернет плоскость поляризации на 45° по часовой стрелке, и свет выйдет из изолятора через поляризатор, который пропускает свет, плоскость поляризации которого повернута на 45°.
Распространение света в обратном направлении
При распространении света в обратном направлении через изолятор, свет пройдет через выходной поляризатор, который пропускает свет с поляризацией, повернутой на 45°, относительно плоскости входного поляризатора. затем свет проходит через ячейку Фарадея и плоскость поляризации повернется еще на 45° по часовой стрелке. Таким образом плоскость поляризации окажется повернутой на 90° относительно плоскости пропускания входного поляризатора. В результате свет отразится или поглотиться.
Рис.2 Изменение ориентации плоскости поляризации при распространении света в поляризационно-зависимом изоляторе (ЯФ-ячейка Фарадея, П1-входной поляризатор, П2-выходной поляризатор)
Поляризационно-независимые изоляторы
Распространение света в прямом направлении
В поляризационно-независимом волоконно-оптическом изоляторе свет на входе разбивается на два пучка с помощью двулучепреломляющего кристалла (см. рис.3). Ячейка Фарадея и полуволновая пластинка поворачивают поляризацию света в каждом пучке прежде чем они попадут во второй двулучепреломляющий кристалл, который соединит их.
Распространение света в обратном направлении
Свет, распространяющийся в обратном направлении, попадет на второй двулучепреломляющий кристалл и будет разбит на два пучка, поляризация которых будет соответствовать состояниям поляризации в пучках, распространявшихся в прямом направлении. Ячейка Фарадея – невзаимный оптический элемент, таким образом она устранит поворот поляризации, который внесет полуволновая пластинка. Когда свет пройдет через входной двулучепреломляющий кристалл, пучки разойдутся таким образом, что не пройдут через коллимирующую линзу и не попадут в оптоволокно.
Рис.3 Изменение ориентации плоскости поляризации при распространении света в поляризационно-независимом изоляторе
Общие характеристики
Лучевая стойкость
Изоляторы от компании Thorlabs обладают более высоким коэффициентом пропускания в прямом и высоким уровнем изоляции в обратном направлении по сравнению с другими производимыми оптическими изоляторами. Также изоляторы Thorlabs компактнее других изоляторов с эквивалентной апертурой. В качестве ячейки Фарадея в оптических изоляторах Thorlabs используется кристалл Тербий Галлиевый Гранат (ТГГ), который обладает превосходными оптическими свойствами и устойчив к оптическому излучению высокой интенсивности. Лучевая стойкость ТГГ кристаллов достигает 22.5 Дж/см2, тестирование проходило при интенсивности 1.5 ГВт/см2 (длительность импульса: 15 нс) на длине волны 1064 нм и интенсивности 20 кВт/см2 в непрерывном режиме. Тем не менее, Thorlabs не несет ответственности за повреждения, обусловленные «горячими точками» лазерного пучка.
Магнит
Магнит является ключевым фактором, определяющим размер и характеристики оптического изолятора. Оптимальный размер магнита определятся не только напряженностью магнитного поля, но и конструкцией изолятора. Большинство магнитов, используемых компанией Thorlabs обладают сложной конструкцией. Устройство изолятора смоделировано таким образом, чтобы оптимизировать параметры, влияющие на размер, оптический путь, угол поворота плоскости поляризации и однородность магнитного поля. Так как вокруг изолятора существует сильное магнитное поле, компания Thorlabs рекомендует располагать стальные или магнитные элементы не ближе 5 см от изолятора.
Температура
Магнит и материал ячейки Фарадея меняют свои свойства при изменении температуры. Напряженность магнитного поля и постоянная Верде уменьшаются с ростом температуры.
Дисперсия импульса
Уширение импульса всегда наблюдается при распространении импульса сквозь среду с показателем преломления больше 1. Дисперсия импульса растет обратно пропорционально ширине импульса, и таким образом, может быть значительной при работе со сверхбыстрыми лазерами.
Рис.4 Дисперсия импульса в изоляторе
τ: ширина импульса до изолятора
τ(z): ширина импульса после изолятора
Пример:
τ=197 фс превращается в τ(z)=306 фс (представлено на графике)
τ=120 фс превращается в τ(z)=186 фс
Типы изоляторов от компании Thorlabs
Неперестраиваемые узкополосные изоляторы
Изолятор поворачивает плоскость поляризации излучения на рабочей длине волны на 45ᴼ. Положение поляризатора не регулируется, оно подобрано таким образом, чтобы обеспечить максимальное подавление обратного потока излучения на рабочей длине волны. При изменении длины волны излучения изоляция (потери при распространении обратного сигнала) начнет уменьшаться. На графике представлено изменение изоляции в зависимости от длины волны излучения.
|
Особенности: — ячейка Фарадея и поляризаторы фиксированы; — поляризационно-зависимые изоляторы; — компактный размер; — неперестраиваемые. |
Изолятор поворачивает плоскость поляризации излучения на рабочей длине волны на 45ᴼ. При изменении длины волны излучения изоляция (потери при распространении обратного сигнала) начнет уменьшаться. Чтобы восстановить максимальный уровень изоляции, необходимо повернуть выходной поляризатор. Вращение выходного поляризатора приведет к росту потерь сигнала в прямом направлении, причем эти потери будут тем больше, чем больше разница между длиной волны излучения и рабочей длиной волны.
|
Особенности: — ячейка Фарадея фиксирована; — возможность вращения выходного поляризатора; — поляризационно-зависимые. |
Перестраиваемые широкополосные изоляторы
Изолятор поворачивает плоскость поляризации излучения на рабочей длине волны на 45ᴼ. Изолятор оснащен регулировочным кольцом, которое позволяет менять количество материала ячейки Фарадея, помещаемого в магнитное поле. При изменении длины волны излучения, поворот плоскости поляризации за счет эффекта Фарадея будет изменяться, и тем самым уровень изоляции начнет падать. Чтобы восстановить максимальный уровень потерь излучения в обратном направлении, необходимо повернуть регулировочное кольцо таким образом, чтобы угол поворота плоскости поляризации излучения на выходе из ячейки Фарадея был равен 45ᴼ относительно ориентации плоскости поляризации излучения на входе в ячейку.
|
Особенности: — регулирование положения ячейки Фарадея относительно магнита; — поляризаторы фиксированы; — поляризационно-зависимые; — легкая регулировка; — широкий диапазон перестройки. |
Неперестраиваемые широкополосные изоляторы
В изолятор вместе с ячейкой Фарадея помещен кристалл кварца, который поворачивает плоскость поляризации излучения на 45°, таким образом, на выходе из изолятора поворот плоскости поляризации равен 90°. Уровень потерь при распространении обратного сигнала незначительно меняется при изменении длины волны излучения. Изолятор не требуется регулировать или перестраивать при работе в установленном рабочем диапазоне.
|
Особенности: — ячейка Фарадея и поляризаторы фиксированы; — поляризационно-зависимые изоляторы; — широкий диапазон с высоким уровнем изоляции; — не требует перестройки. |
Изоляторы с двумя ячейками Фарадея
Изолятор оснащен двумя ячейками Фарадея, между которыми расположен поляризатор. Комбинация ячеек действует таким образом, что поворот плоскости поляризации излучения на выходе изолятора равен 0°. Изоляторы с двумя ячейками Фарадея представляют собой узкополосные изоляторы, которые могут быть перестраиваемыми или неперестраиваемыми.
|
Особенности: — изоляция до 60 дБ; — поляризационно-зависимые изоляторы. |
В каталоге Thorlabs вы можете подобрать оптический изолятор для работы в любом спектральном диапазоне:
Волоконно-оптические изоляторы
В ассортименте компании Thorlabs представлены изоляторы, сопряженные с одномодовыми (SM fiber) или поляризационно-стабилизированными волокнами (PM fiber). Широкополосные изоляторы с одномодовыми волокнами могут использоваться с суперлюминесцентными диодами.
Настройка перестраиваемых узкополосных изоляторов
Как было отмечено ранее, чтобы восстановить максимальный уровень изоляции при изменении длины волны излучения, необходимо повернуть выходной поляризатор. Вращение выходного поляризатора приведет к росту потерь сигнала в прямом направлении, причем эти потери будет тем больше, чем больше разница между длиной волны излучения и рабочей длиной волны.
Принцип работы перестраиваемых узкополосных изоляторов
Перестраиваемые узкополосные изоляторы способны обеспечивать одинаковой уровень изоляции в пределах спектрального диапазона 20 – 40 нм около рабочей длины волны изолятора. При изменении длины волны излучения, поворот плоскости поляризации за счет эффекта Фарадея будет изменяться, что приведет к уменьшению уровня изоляции. Например, если плоскость поляризации излучения на длине волны 670 нм ячейка Фарадея поворачивает на 45° (670 нм – рабочая длина волны), то плоскость поляризации излучения на длине волны 660 нм повернется на 46.5°. Если излучение на длине волны 660 нм пройдет через изолятор (с рабочей длиной волны 670 нм) в обратном направлении без настройки изолятора, угол поворота плоскости поляризации составит 45° + 46.5°= 91.5° относительно плоскости поляризации излучения на входе изолятора в прямом направлении. При этом проекция поляризации на плоскость пропускания поляризатора пройдет в обратном направлении через изолятор без подавления, таким образом уровень изоляции значительно упадет. Так как для полного подавления обратного излучения необходимо, чтобы плоскость поляризации была перпендикулярна плоскости пропускания входного поляризатора, необходимо повернуть выходной поляризатор, чтобы компенсировать увеличение угла поворота поляризации излучения при прохождении через ячейку Фарадея. В нашем примере поляризатор необходимо повернуть на 90° — 46.5° = 43.5°. Такая настройка позволит повысить уровень изоляции до прежнего максимального уровня.
|
При распространении в обратном направлении излучение на рабочей длине волны блокируется |
При распространении в обратном направлении излучение на длине волны отличной от рабочей частично пропускается изолятором |
Последствия настройки
Вследствие поворота выходного поляризатора коэффициент пропускания изолятора в прямом направлении уменьшится. Излучение с длиной волны 660 нм распространяется в прямом направлении с плоскостью поляризации повернутой на 0° после прохождения через входной поляризатор и поворачивается на 46.5° ячейкой Фарадея. Но выходной поляризатор теперь повернут на 43.5°. Уменьшение коэффициента пропускания можно вычислить с помощью закона Малюса:
,где Ɵ – угол между плоскостью поляризации излучении после ячейки Фарадея и плоскости пропускания поляризатора, I0– интенсивность до поляризатора, I – после него. Для малых отклонений от рабочей длины волны, уменьшение коэффициента пропускания мало, но при больших отклонениях становится значительным. В нашем примере (разница между рабочей длиной волны и длиной волны излучения 10 нм), θ = 46.5° — 43.5° = 3.0°, значит I = 0.997 I0.
|
Перестраиваемый узкополосный изолятор обеспечивает максимальный уровень изоляции на любой длине волны в пределах узкого спектрального диапазона |
Вследствие поворота выходного поляризатора при настройке изолятора коэффициент пропускания изолятора в прямом направлении уменьшится. |
Конструкция изолятора от компании Thorlabs позволяет легко повернуть выходной поляризатор не сбивая настройку остальных частей изолятора.
Типы оптических поляризаторов, используемых в изоляторах Thorlabs
Тип поляризатора, используемого в изоляторе указан в конце артикула каждой модели. Например, IO-2.5-1064-VLP.
|
Тип поляризатора |
Схема |
Макс. плотность мощности излучения |
Описание |
|
VLP |
25 Вт/см2 (CW, блокирование)
|
Пленочный поглощающий поляризатор-для самых компактных моделей. Максимальная плотность мощности изучения, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости пропускания поляризатора, равна 25 Вт/см2. Значение данной величины для излучения с плоскостью поляризации параллельной плоскости пропускания составляет 100 Вт/см2. | |
|
WG |
25 Вт/см2 (CW) |
Сеточные поляризаторы используются в моделях для работы в среднем ИК диапазоне. Они оснащены проволочной сеткой на кремниевой подложке c просветляющим покрытием. | |
|
PBS |
13 — 50 Вт/см2 (CW) |
Поляризационный светоделительный куб как правило используется при работе с излучением низкой интенсивности. Такой элемент позволяет оснастить модель дополнительным окном для вывода излучения (мониторинг или синхронизация). | |
|
GLB |
100 Вт/см2 (CW) |
Поляризаторы на основе призмы Глана, изготовленные из высокотемпературного двулучепреломляющего кристалла α-BBO, для работы в диапазоне от 210-450 нм. Благодаря двулучепреломлению между перпендикулярно поляризованными лучами в кристалле создается фазовый сдвиг. Отличается от HP поляризатора углом выхода излучения. | |
|
LP |
250 Вт/см2 (CW)
|
Кристаллический поляризатор на основе призмы Глана обеспечивает высокое светопропускание. Подходит для работы с высокой плотностью мощности. | |
|
MP |
100 Вт/см2 (CW)
|
Кристаллический поляризатор на основе призмы Глана. Подходит для работы с высокой плотностью мощности. Отклоненный пучок рассеивается внутри изолятора, что уменьшает плотность мощности излучения. | |
|
HP |
500 Вт/см2 (CW)
|
Кристаллический поляризатор на основе призмы Глана. Дополнительное выходное окно для синхронизации. | |
|
VHP |
20 кВт/см2 (CW)
|
Поляризаторы для работы с высокой мощностью излучения представляют собой поляризаторы Брюстера. Изоляторы с VHP поляризаторами могут быть оснащены дополнительным окном для вывода излучения |
Поляризатор — это… Что такое Поляризатор?
Изменение интенсивности светового потока в зависимости от взаимной ориентации двух линейных поляризаторовПоляриза́тор —- устройство, предназначенное для получения полностью или частично поляризованного оптического излучения из излучения с произвольным состоянием поляризации[1]. В соответствии с типом поляризации, получаемой с помощью поляризаторов, они делятся на линейные и круговые. Линейные поляризаторы позволяют получать плоскополяризованный свет, круговые — свет, поляризованный по кругу.
Линейные поляризаторы основаны на использовании одного из трёх физических явлений. Одно из них — двойное лучепреломление, другое — линейный дихроизм и третье — поляризация света, происходящая при отражении на границах раздела сред. Круговые поляризаторы обычно представляют собой совокупность линейного поляризатора и четвертьволновой пластинки.
Поляризаторы используются при изучении распределения напряжений в прозрачных объектах с помощью поляризованного света, при изучении структуры органических веществ, в сахариметрии и в особенности в кристаллооптике. Широко применяются в фотографических поляризационных светофильтрах.
Поляризационный светофильтр в оптике и спектроскопии
Поляризационный светофильтр в оптике и спектроскопии – устройство, обычно состоящее из двух линейных поляризаторов и одной или нескольких фазовых пластинок между ними[2]. Предназначен для изменения спектрального состава и энергии падающего на него оптического излучения. Используется в тех случаях, когда достичь желаемого результата иными, более простыми средствами невозможно.
Поляризационный светофильтр в фотографии
Поляризационный светофильтр в фотографии — поляризатор, предназначенный для устранения нежелательных эффектов (бликов, отражений, уменьшение яркости (с одновременным повышением насыщенности) неба и др.) или для достижения художественных целей. Конструктивно оформляется для совместного использования с фотографическими аппаратами. Выглядит как обыкновенный светофильтр, но имеет две части, примерно одинаковой толщины — переднюю и заднюю, которые могут свободно проворачиваться относительно друг-друга. В то время как задняя фиксируется при накручивании поляризационного светофильтра на объектив, вращением передней половины, в которой собственно и расположен поляризатор, достигается нужный эффект выбором угла поляризации. В передней половине поляризационного светофильтра может присутствовать внутренняя резьба для крепления объективной крышки, резьбовой бленды, или других светофильтров, что является неоспоримым плюсом. В частности, у бликующих объектов, разные их части могут давать блики с разными углами поляризации, которые не представляется возможным одновременно подавить только одним фильтром. Кроме того, бликующих объектов в кадре может оказаться много. В таких ситуациях используются несколько скрученных последовательно поляризационных светофильтров, причем, все кроме заднего, должны быть обязательно не круговой, а линейной поляризации, т.к. оптический компенсатор, имеющийся в фильтре с круговой поляризацией, делает невозможным достижение эффекта от остальных поляризационных светофильтров, которые будут расположены за ним ближе к объективу. Оптическая плотность поляризационных светофильтров обычно лежит в пределах от двух до пяти. Цветовые искажения могут присутствовать. В частности, некоторые фильтры имеют спад до одного стопа в сине-фиолетовой области, из-за чего заметно «зеленят» картинку. Так же, недорогие поляризационные светофильтры, чаще чем цветные, могут негативно влиять на воспроизведение мелких деталей. Поляризационный светофильтр, на ряду с «защитным» УФ-блокирующим фильтром, является наиболее используемым светофильтром в фотографии.
Устройство
Для большинства практических применений поляризационный фильтр изготавливают в виде двух стеклянных пластинок с находящейся между ними поляроидной плёнкой, обладающей линейным дихроизмом. Поляроидная плёнка представляет собой слой ацетилцеллюлозы, содержащий большое количество мелких кристаллов герапатита (иодистое соединение сернокислого хинина). Применяются также иодно-поливиниловые плёнки с одинаково ориентированными полимерными цепями. Идентичность ориентации кристаллов достигается с помощью электрического поля, а полимерные цепи ориентируют механическим растяжением.[3] Фильтр с круговой поляризацией дополнительно имеет, кроме того, еще и оптический компенсатор — четвертьволновую фазовую пластинку (по вносимой ею разности хода). В ней используется явление двойного лучепреломления в кристаллах. Скорости обыкновенного и необыкновенного лучей в кристалле (а следовательно, и оптические длины их путей) различны; поэтому, проходя через кристалл, они приобретают разность хода, определяемую его толщиной. Она ставится, по пути следуемого луча, за поляризатором, и при сборке, поворачивается до тех пор, пока её оптические оси не совпадут с осями колебаний. В этом положении четвертьволновая пластинка превращает свет поляризованный линейно, в свет с с круговой поляризацией, (или наоборот,) дополняя разность хода до 90 градусов.
Типы и применение
Пример использования поляризационного фильтра в фотографии. Максимальный эффект достигается при съёмке в направлении, перпендикулярном направлению на Солнце.- Поляризационный фильтр линейной поляризации (англ. Linear Polarizer, LP). Содержит один поляризатор, поворачивающийся в оправе. Его применение основывается на том, что часть света в окружающем нас мире поляризована. Частично поляризованы все лучи, неотвесно падающие отражённые от диэлектрических поверхностей. Частично поляризован свет, поступающий от неба и облаков. Поэтому, применяя поляризатор при съёмке, фотограф получает дополнительную возможность изменения яркости и контраста различных частей изображения. Например, результатом съёмки пейзажа в солнечный день с применением такого фильтра может получиться тёмное, густо-синее небо. При съёмке находящихся за стеклом объектов поляризатор позволяет избавиться от отражения фотографа в стекле.
- Для съёмки в условиях низкой освещённости выпускаются Low Light Polarizer, частично поляризующие свет и потому имеющие низкую кратность. При сложении двух таких фильтров перпендикулярно их плоскостями поляризации вместо полного гашения светового потока получается 2/3 величины потока.
- Фильтр с круговой поляризацией (англ. Circumpolar, CP, CPL). Помимо поляризатора, содержит так называемую «четвертьволновую пластинку», на выходе которой линейно-поляризованный свет приобретает круговую поляризацию. С точки зрения получаемого на снимке эффекта, круговой поляризатор ничем от линейного не отличается. Появление таких фильтров было продиктовано развитием элементов TTL автоматики фотоаппарата, которые, в отличие от фотоматериала, оказались зависимы от того, является ли попадающий на них через объектив свет поляризованным. В частности, линейно-поляризованный свет частично нарушает работу автоматики фазовой фокусировки в зеркальных фотоаппаратах и затрудняет экспозамер.
- Составные нейтральные фильтры. Если сложить вместе два поляризатора, то при совпадающих плоскостях поляризации такой фильтр имеет максимальное светопропускание (и эквивалентен нейтрально-серому фильтру 2x). При перпендикулярных же направлениях поляризации при идеальных поляризаторах фильтр полностью поглощает падающий на него цвет. Выбирая угол поворота, можно в очень широких пределах менять светопропускание такого фильтра.
- Составные цветные поляризационные фильтры. Они состоят из двух поляризующих фильтров, которые можно вращать, и между ними находится пластинка, поворачивающая плоскость поляризации света. Из-за того, что угол поворота зависит от длины волны, при каждом положении поляризаторов часть спектра проходит сквозь такую систему, а часть задерживается. Поворот же поляризаторов друг относительно друга приводит к изменению спектральной характеристики фильтра. Выпускаются, например, красно-зелёные фильтры Cokin Р170 Varicolor Red/Green и оранжево-голубой Cokin Р171 Varicolor Red/Blue.
- Электронно управляемые фильтры. Если в качестве второго поляризатора в конструкции составных фильтров используется жидкокристаллический элемент, это позволяет управлять свойствами фильтра непосредственно в процессе съёмки.
Примечания
См. также
Руководство по использованию поляризаторов
Человек невооруженным глазом не может отличить линейно- поляризованный свет от поляризованного по кругу света.
Но поляризационная оптика позволит вам прояснить данную ситуацию.
В данном разделе мы познакомимся с основами использования поляризационной оптики.
Нахождение поляризационной оси
Следующий метод покажет вам как определить направление поляризации, когда на оптике нет ни маркировки ни направления оси поляризации.
Наблюдайте за отражением наклонного луча света из окна от блестящей поверхности.
Используйте поляризатор света, чтобы подтвердить направление света отраженного света.
Посмотрите на отраженный свет через поляризатор, при поворачивании поляризатор, подсветка будет подниматься и опускаться.
Когда свет темный, верх и нижняя сторона поляризатора показывают ось поляризации отраженного света.
Нам не нужен какой-либо конкретный инструмент и местоположение, чтобы подтвердить направление света.
Что такое главные координаты поляризатора
Сама по себе поляризационная оптика не может создать круговой поляризованный свет.
Все зависит от объекта, на который падает свет.
Именно поэтому образец или задача эксперимента зависят от направления главной координаты.
① Поляризационная ось
В стандартном эксперименте устанавливается лазер с фиксированным поляризатором и осью линейного поляризатора.
Оптический эксперимент с поляризатором:
При повороте поляризатора 2 под углом 90 ° ось света, проходящая через поляризатор 1, исчезает.
Образец двойного лучепреломления (наличие пластины):
Проведите стандартный эксперимент с лазером, поляризатором 1 и поляризатором 2. Образец образца волновой пластины устанавливается между поляризатором 1 и поляризатором 2.
Поверните пластину до самого темного положения и отметьте позицию как 0 градусов.
② Вертикальное направление света относительно стола
Нет необходимости в какой-либо конкретном положении; Оптика может быть установлена как угодно. Эксперимент будет проводиться в вертикальном направлении.
Если поляризованная оптика не настроена:
Возьмите за основу оптику поляризатора и установите ее вертикально на держатели и отрегулируйте поляризатор на 0 градусов.
Установите другие оптические приборы в соответствии со стандартом, см. ①.
Требования к настройке поляризатора:
Для оптики, которая продается с уже установленным держателем, направление поляризатора можно предварительно настроить на 90 градусов.
Что касается волновой пластины, при настройке в быстром направлении на 90 градусов может произойти отклонение в 2 градуса или 3 градуса направления поляризатора, установленного с помощью держателя.
③ Перпендикулярно оси образца
Эксперимент с призмой BK7. Установите угол падения на 56,6 градусов к полированной поверхности призмы.
Установите источник света так, чтобы свет проходил через поляризатор и поворачивайте поляризатор, затем наблюдайте за изменением мощности отраженного от призмы света.
Когда угол падающего луча совпадает с углом 56,6 градуса, который называется углом Брюстера, луч отражения исчезает.
Наименьшим углом отражения от призмы является P-поляризация; Угол поляризатора составляет 90 градусов или 0 градусов.
④ Сопоставление поляризации с отражающим объектом
Установите ось поляризации в соответствии с отражающим объектом и направлением падения.
Луч отражения и лазерный луч создают ось поляризации плоских колебаний, называемую P-поляризацией и ось вертикальной оси поляризации, называемую S-поляризацией. Поместите плоское окно без покрытия BK7 в качестве образца для испытаний.
Падающий луч под углом Брюстера 56,6 градуса. Поместите поляризационную оптика под падающий луч.
Поверните поляризатор и наблюдайте за изменением мощности света, отраженного от плоского стекла.
Появится отражение от поверхности и обратное отражение света от плоского окна. Аналогично установке ③, поверните угол на наименьший угол поляризации 90 градусов или 0 градусов.
Замените окно BK7 другим образцом, аналогично установке ① и настройте волновую пластину для выполнения эксперимента.
Оптический поляризатор
Поляризатор включает двулучепреломляющий анизотропно поглощающий слой толщиной, при которой реализуется интерференционный экстремум по крайней мере для одной линейно поляризованной компоненты света. Анизотропно поглощающий слой имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны в некотором диапазоне длин волн. Слой может быть изготовлен из низкомолекулярного или полимерного жидкокристаллического или нежидкокристаллического вещества или их смесей, представляющих собой дихроичные красители или содержащих их в качестве компоненты. Слой может иметь максимальную величину показателя преломления не менее 1,9 и максимальный показатель поглощения не менее 0,1. Дополнительно поляризатор может содержать оптически изотропный слой, показатель преломления которого совпадает или близок к одному из показателей преломления двулучепреломляющего слоя, или двулучепреломляющий слой, один показатель преломления которого совпадает или близок к одному показателю преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, а их вторые показатели преломления отличаются между собой. Обеспечиваются высокие поляризационные характеристики в широкой спектральной области при использовании не более 10 слоев. 16 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к оптике, а именно к оптическим поляризаторам, которые могут быть использованы в жидкокристаллических дисплеях, в поляризационных очках, в автомобилях и других средствах передвижения, а также в стеклах для строительства, в осветительной аппаратуре, в оптическом приборостроении.
Используемые в настоящее время дихроичные оптические поляризаторы представляют собой ориентированную одноосным растяжением полимерную пленку, окрашенную в массе дихроичными органическими красителями или соединениями иода. В качестве полимера используют в основном поливиниловый спирт (ПВС) [1]. Иодные поляризаторы на основе ПВС, окрашенного иодом, имеют наиболее высокие поляризационные характеристики и находят широкое применение в производстве жидкокристаллических индикаторов для часов и калькуляторов, экранов для портативных компьютеров и т.п. При прохождении неполяризованного света через дихроичный оптический поляризатор [1] одна линейно поляризованная компонента, плоскость колебаний которой параллельна оси поглощения, практически полностью поглощается. Другая ортогональная линейно поляризованная компонента, т.е. та, в которой плоскость колебаний перпендикулярна оси поглощения, проходит через оптический поляризатор, испытывая значительно меньшее поглощение. Таким образом, осуществляется поляризация проходящего света. Иодные поляризаторы представляют собой многослойные пленки, которые включают наряду с поляризующим слоем также армирующие, клеевые и защитные слои. Недостатками указанных пленочных дихроичных поляризаторов наряду со сравнительно высокой стоимостью, обусловленной сложностью их изготовления, является их низкая термо- и светостойкость. Аналогом заявляемого оптического поляризатора может служить также дихроичный поляризатор света (ДПС), представляющий собой подложку с нанесенной на нее тонкой пленкой молекулярно упорядоченного слоя дихроичных красителей, представляющих собой сульфокислоты или их неорганические соли азо- и полициклических соединений или их смеси, которые способны к образованию стабильной лиотропной жидкокристаллической фазы, что позволяет получать на их основе стабильные лиотропные жидкие кристаллы (ЛЖК) и композиции на их основе [2]. Для изготовления известного поляризатора [2] на поверхность подложки наносят красители при их одновременным механическом ориентировании с последующим испарением растворителя. При этом на поверхности подложки образуется пленка толщиной 0.1-1.5 мкм молекулярно упорядоченного слоя красителя — поляризующее покрытие, способное поляризовать свет. Известный поляризатор [2] обладает более высокой термо- и светостойкостью по сравнению с йодными поляризаторами, однако имеет более низкие поляризационные характеристики. Известны также оптические поляризаторы, «работающие» за счет других физических явлений, например, за счет разного коэффициента отражения света, имеющего различные поляризации. Поляризаторы такого типа называются отражательными, в них используются явления поляризации света как при падении и отражении световых пучков от поверхности любых диэлектрических материалов под наклонными углами, близкими к углу Брюстера, так и при нормальном (перпендикулярном к поверхности) падении и отражении света от поверхности двулучепреломляющих материалов. Улучшение поляризующих свойств достигается при использовании многослойных конструкций отражательных поляризаторов. Наиболее близким по технической сущности является известный оптический поляризатор [3], включающий по крайней мере один двулучепреломляющий слой с толщиной, при которой реализуется интерференционный экстремум на выходе оптического поляризатора по крайней мере для одной линейно поляризованной компоненты света. Такой поляризатор включает чередующиеся слои двух прозрачных (непоглощающих в диапазоне рабочих длин волн) полимерных материалов, по крайней мере один из которых двулучепреломляющий. Двулучепреломление в указанном полимерном материале образуется при вытяжке пленки, изготовленной из этого материала, в одном направлении в 2-10 раз. Другой слой полимерного материала, чередующийся послойно с двулучепреломляющим слоем, является оптически изотропным. Обыкновенный показатель преломления двулучепреломляющего слоя равен показателю преломления оптически изотропного слоя. Необыкновенный показатель преломления двулучепреломляющего слоя отличается от показателя преломления оптически изотропного слоя. Принцип работы известного оптического поляризатора заключается в следующем. Одна линейно поляризованная компонента неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления двулучепреломляющего слоя, существенно отражается от многослойного оптического поляризатора за счет различия показателей преломления на границах двулучепреломляющего и оптически изотропного полимерных слоев. При толщинах слоев порядка длины волны света световые лучи, отраженные от границ слоев, интерферируют друг с другом. При соответствующем подборе толщин слоев и их показателей преломления оптическая разность хода между волнами, отраженными от границ слоев, составляет целое число длин волн, т.е. результатом интерференции отраженных волн будет интерференционный максимум, приводящий к их взаимному усилению. В этом случае отражение линейно поляризованной компоненты неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления двулучепреломляющего слоя, значительно усиливается. Обыкновенный (меньший) показатель преломления двулучепреломляющего слоя выбирается существенно равным показателю преломления оптически изотропного полимерного слоя, т. е. нет различия (скачков) показателей преломления на границах двулучепреломляющего и оптически изотропного полимерных слоев. Поэтому другая линейно поляризованная компонента падающего неполяризованного света, которой соответствует обыкновенный (меньший) показатель преломления двулучепреломляющего слоя, проходит через многослойный оптический поляризатор полностью, без каких-либо отражений. Таким образом, при падении неполяризованного света на известный оптический поляризатор одна линейно поляризованная компонента отражается, а другая линейно поляризованная компонента проходит через оптический поляризатор, т. е. происходит поляризация света как для проходящего, так и для отраженного света. Известный оптический поляризатор [3] является комбинированным и содержит также дополнительно дихроичный поляризатор со слабыми поглощением и дихроизмом, оптически позиционированный с отражательным оптическим поляризатором. Роль дополнительного дихроичного поляризатора, ось пропускания которого параллельна оси пропускания отражательного оптического поляризатора, сводится к устранению отражений внешнего света при работе комбинированного оптического поляризатора «на просвет». Одним из недостатков известного оптического поляризатора является сравнительно сильная спектральная зависимость его оптических характеристик, т.е. зависимость поляризующей способности и коэффициента отражения (и пропускания) от длины волны поляризуемого света. Этот недостаток обусловлен тем, что показатели преломления в используемых материалах убывают при увеличении длины волны поляризуемого света. Другим недостатком известного оптического поляризатора [3] является необходимость использования большого количества чередующихся слоев, обусловленная тем, что максимальная величина двулучепреломления (разница между необыкновенным и обыкновенным показателем преломления двулучепреломляющего материала) в прозрачных полимерных материалах мала и обычно не превышает 0,1-0,2. Поэтому коэффициент отражения от границ слоев мал, и для получения высокого отражения в целом от оптического поляризатора необходимо использовать большое количество (100-600) слоев, нанесение которых представляет огромной сложности задачу и требует специального прецизионного оборудования. Вторая причина необходимости использования большого количества слоев в оптическом поляризаторе по прототипу заключается в следующем. Для поляризации света в широком диапазоне длин волн в многослойном покрытии нужно иметь много пар чередующихся слоев или групп пар с разными толщинами с целью «настройки» каждой группы пар на «свою» длину волны из широкого спектрального интервала. Тем не менее, даже при использовании большого количества групп пар слоев, каждая из которых настроена на свою длину волны, оптические характеристики известного оптического поляризатора сравнительно сильно зависят от длины волны поляризуемого света. Задачей изобретения является создание оптического поляризатора, обеспечивающего высокие поляризационные характеристики в широкой спектральной области при использовании количества слоев не более 10. Поставленная задача решается в оптическом поляризаторе, отличающемся тем, что по крайней мере один двулучепреломляющий слой является анизотропно поглощающим и имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. Существенным признаком изобретения является по крайней мере один двулучепреломляющий слой с толщиной, при которой реализуется интерференционный экстремум на выходе оптического поляризатора по крайней мере для одной линейно поляризованной компоненты света. Толщина двулучепреломляющего слоя выбирается также в зависимости от типа материала, используемого для изготовления слоя. Отличительным признаком изобретения является по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой, который имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света. При этом, во-первых, значительно увеличивается величина по крайней мере одного показателя преломления и резко уменьшается необходимое количество слоев. Во-вторых, значительно уменьшается и в оптимальном варианте полностью устраняется зависимость условий получения интерференционных экстремумов (максимумов и минимумов) от длины волны света, что обеспечивает высокие поляризационные характеристики оптического поляризатора в широкой спектральной области. Вариантами выполнения оптического поляризатора по изобретению, отличающегося тем, что по крайней мере один двулучепреломляющий слой является анизотропно поглощающим и имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн, являются: 1. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой изготовлен из материала, выбранного из числа низкомолекулярных термотропных жидкокристаллических веществ или их смесей, представляющих собой дихроичные красители или содержащих в качестве компоненты жидкокристаллические и/или нежидкокристаллические дихроичные красители. 2. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой изготовлен из материала, выбранного из числа полимерных термотропных жидкокристаллических или нежидкокристаллических веществ или их смесей, содержащих растворенные в массе и/или химически связанные с полимерной цепью дихроичные красители, и имеет толщину менее 0,2 мкм. 3. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированную пленку нежидкокристаллических полимерных материалов с регулируемой степенью гидрофильности, окрашенных дихроичными красителями и/или соединениями иода. 4. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой сформирован из дихроичных органических красителей полимерного строения. 5. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой органических солей дихроичных анионных красителей. 6. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой толщиной менее 0.1 мкм дихроичных красителей, способных к образованию лиотропной жидкокристаллической фазы. 7. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой толщиной менее 0.1 мкм дихроичных красителей полимерного строения, способных к образованию лиотропной жидкокристаллической фазы. 8. Оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой толщиной менее 0.1 мкм дихроичных красителей или их смесей, способных к образованию стабильной лиотропной жидкокристаллической фазы. Перечисленными вариантами не ограничиваются возможности использования других материалов для формирования анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев для предлагаемого оптического поляризатора. Анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой в предлагаемом оптическом поляризаторе может быть как твердым, так и жидким. Использование по крайней мере одного анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя хотя и вызывает небольшие потери света в оптическом поляризаторе, однако эти потери малы, особенно в слоях толщиной менее 0,1 мкм, и достигаемый технический результат — обеспечение высоких поляризационных характеристик в широкой спектральной области при использовании количества слоев не более 10 — компенсирует эти потери. Выбор методов изготовления оптического поляризатора по изобретению зависит от вида материалов, используемых для анизотропно поглощающих двулучепреломляющих и других слоев, и не влияет на суть изобретения. Для формирования анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев, могут быть применены следующие стандартные способы: нанесение валиком, ракельным ножом, ракелем в форме невращающегося цилиндра, нанесение с помощью щелевой фильеры и другие. В ряде случаев после нанесения слой подвергается сушке с целью удаления растворителей. В других случаях, например для термопластичных полимерных материалов и стеклующихся материалов, нанесенный слой охлаждается после нанесения. Другими методами, которые можно использовать для получения анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев из материалов, образующих в процессе нанесения жидкокристаллической фазы, является нанесение этого материала на подложку, изначально подготовленную для ориентации жидкокристаллической фазы [4] . Одним из таких методов служит однонаправленное натирание подложки или предварительно нанесенного на нее тонкого полимерного слоя, известное и применяемое для ориентации термотропных низкомолекулярных жидкокристаллических смесей при изготовлении ЖК-дисплеев. Еще один метод получения анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев — это известный метод фотоориентации предварительно нанесенного тем или иным способом слоя с помощью облучения его линейно поляризованным ультрафиолетовым светом. Для нанесения анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев из термотропных полимерных материалов могут быть применены экструдеры, в том числе имеющие несколько плоских фильер и позволяющие наносить за один проход сразу несколько слоев разных полимерных материалов требуемой толщины. Здесь и далее под понятием свет и «оптический» (поляризатор) имеется в виду электромагнитное излучение видимого, ближнего ультрафиолетового и ближнего инфракрасного диапазонов длин волн, т.е. диапазона от 250-300 нм до 1.000-2.000 нм (от 0,25-0,3 до 1-2 мкм). Здесь и далее говорится про плоский слой исключительно для простоты понимания. Без потери общности мы имеем в виду также оптический поляризатор, имеющий слои различной формы: цилиндрические, сферические и других более сложных форм. Кроме того, предлагаемый оптический поляризатор может быть выполнен как конструкционно единым и изолированным, так и нанесенным на различные подложки или между подложками. Двулучепреломляющими называют слои, имеющие по крайней мере два различных показателя преломления: необыкновенный ne для одной линейно поляризованной компоненты света и обыкновенный no для другой ортогональной линейно поляризованной компоненты света. Величина n = ne — no называется анизотропией показателя преломления или, проще, оптической анизотропией. Здесь и далее полагается, что оптические оси, которым соответствуют необыкновенный и обыкновенный показатели преломления ортогональны и расположены в плоскости слоя. Оптическая ось, которой соответствует необыкновенный показатель преломления ne, выделена тем или иным способом. Например, этой осью может быть направление вытяжки слоя полимерного материала или директор в ориентированном нематическом жидком кристалле. Такой двулучепреломляющий слой в смысле кристаллооптики соответствует оптически одноосной пластинке, вырезанной параллельно главной оси. Здесь и далее рассматриваются для примера оптически положительные двулучепреломляющие слои, в которых ne > no. Без потери общности все выводы относятся также к оптически отрицательным двулучепреломляющим слоям, в которых neo. В более общем случае, например для оптически двуосных слоев, существуют три различных показателя преломления nx = ne, ny = no, nz. Показатель преломления nx соответствует направлению колебаний в световой волне, параллельному плоскости слоя и направленному вдоль выделенного тем или иным способом направления X в плоскости слоя, ny — направлению Y колебаний в световой волне, также параллельному плоскости слоя, но перпендикулярному направлению X, nz — направлению Z колебаний в световой волне, перпендикулярному плоскости слоя. В зависимости от способа изготовления двулучепреломляющих слоев и типа используемых материалов соотношение величин показателей преломления nx, ny, nz может быть различным. По крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой в предлагаемом оптическом поляризаторе может иметь один, два или все три показателя преломления, возрастающие при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. Наиболее предпочтительно использовать оптический поляризатор по изобретению, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет по крайней мере один показатель преломления, прямо пропорциональный длине волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. Например, если в формуле 2dne = m (где d — толщина анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, m — порядок интерференции), соответствующей условию интерференционного максимума, необыкновенный показатель преломления ne будет прямо пропорционален длине волны света, т.е. ne = A (где A — коэффициент пропорциональности), то длина волны «сокращается», а это означает, что условие, в данном случае интерференционного максимума, выполняется для всех длин волн и, более того, для всех порядков интерференции, т.е. для всех значений m. Сверх того, при другой толщине слоя этого же материала можно аналогично получить независимость от длины волны света условия интерференционного минимума. Прямая пропорциональность показателя преломления длине волны света является более строгим требованием (условием), чем простое возрастание показателя преломления при увеличении длины волны света. Предпочтительным по изобретению является оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальную величину по крайней мере одного показателя преломления не менее 1,9. При этом необходимое число слоев не превышает 10, а спектральная область с высокими поляризационными характеристиками расширяется более, чем в три раза по сравнению с прототипом. Эксперименты и оценки показали также, что предпочтительным является оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальный показатель поглощения не менее 0,1. Оптимальным является оптический поляризатор, отличающийся тем, что толщины анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев выбираются из условия получения на выходе оптического поляризатора интерференционного минимума для одной линейно поляризованной компоненты света и, одновременно, интерференционного максимума для другой ортогональной линейно поляризованной компоненты света. Действительно, особенностью двулучепреломляющих слоев является сам факт существования по крайней мере двух различных по значению показателей преломления, например, nx и ny, соответствующих осям X и Y, расположенным в плоскости слоя. Благодаря этому факту, можно выбрать толщину слоя и порядок интерференции (число m) так, чтобы на выходе оптического поляризатора получался интерференционный минимум для одной линейно поляризованной компоненты и, одновременно, интерференционный максимум для другой ортогональной линейно поляризованной компоненты света. Интерференционный минимум может соответствовать обыкновенному показателю преломления, при этом интерференционный максимум обусловлен, соответственно, необыкновенным показателем преломления. Возможна также обратная ситуация, когда интерференционный минимум соответствует необыкновенному показателю преломления, при этом интерференционный максимум обусловлен, соответственно, обыкновенным показателем преломления. Предпочтителен также оптический поляризатор, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два слоя, по крайней мере один из которых анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой, а другой слой оптически изотропный, причем один показатель преломления двулучепреломляющего слоя отличается от показателя преломления оптически изотропного слоя, а другой показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя совпадает или близок с показателем преломления оптически изотропного слоя. В этом варианте одна линейно поляризованная компонента падающего неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, существенно отражается от многослойного оптического поляризатора за счет различия показателей преломления на границах слоев. При соответствующем подборе толщин слоев и их показателей преломления оптическая разность хода между волнами, отраженными от границ одного и того же анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, составляет целое число длин волн, т.е. результатом их интерференции будет интерференционный максимум, приводящий к взаимному усилению отраженных волн. При этом оптические толщины слоев оптически изотропного материала могут быть как значительно больше длины волны, так и порядка длины волны. В результате отражение линейно поляризованной компоненты неполяризованного света, которой соответствует необыкновенный (больший) показатель преломления анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев значительно усиливается. Обыкновенный (меньший) показатель преломления анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев совпадает или близок показателю преломления оптически изотропного слоя, т.е. нет различия (скачков) показателей преломления на границах слоев. Поэтому другая линейно поляризованная компонента падающего неполяризованного света, которой соответствует обыкновенный (меньший) показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя, проходит через многослойный оптический поляризатор полностью, без каких-либо отражений. Другим вариантом по изобретению служит оптический поляризатор, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два различных двулучепреломляющих слоя, по крайней мере один из которых анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой, причем один показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя отличается от одного показателя преломления другого двулучепреломляющего слоя, а другой показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя совпадает или близок с другим показателем преломления другого двулучепреломляющего слоя. Большое влияние на результат интерференции оказывает соотношение интенсивностей, а значит и амплитуд электрических полей интерферирующих лучей. Известно, что минимальное значение интенсивности в интерференционном минимуме (теоретически равное нулю) может быть получено в случае их равенства. Поэтому целесообразно обеспечить максимально достижимое выравнивание амплитуд интерферирующих лучей для условий интерференционного минимума, что обеспечивает максимальное «гашение» лучей соответствующей компоненты неполяризованного света. Для получения оптимального результата интерференции для условий интерференционного максимума необходимо увеличивать коэффициенты отражения от каждой границы слоев. Предлагаемый оптический поляризатор может быть выполнен как комбинированным, т.е. работающим как «на отражение», так и «на пропускание», так и для работы только «на отражение». В этих случаях вариантом выполнения является оптический поляризатор, отличающийся тем, что на одну его сторону дополнительно нанесено светоотражающее покрытие. Предпочтительным является оптический поляризатор, отличающийся тем, что светоотражающее покрытие выполнено металлическим. Нанесение светоотражающего покрытия позволяет также выбирать оптимальные для интерференции коэффициенты отражения от границ оптического поляризатора. При нанесении оптического поляризатора на подложку первым со стороны подложки может быть нанесено как светоотражающее покрытие (зеркало полностью или частично отражающее), так и сам оптический поляризатор. Отражающее покрытие может быть выполнено как из металла, так и в виде многослойных диэлектрических зеркал из чередующихся слоев материалов с высоким и низким показателями преломления. Металлические покрытия достаточно просто наносятся, например термическим испарением в вакууме, но при этом в них имеет место поглощение света, что уменьшает пропускание (отражение) оптического поляризатора. Для получения отражающих металлических покрытий могут использоваться алюминий (Al), серебро (Ag) и другие металлы. В случае многослойных диэлектрических зеркал поглощение света в них отсутствует, но процесс их нанесения довольно сложен и трудоемок. Для этих покрытий могут использоваться TiO2, MgO, ZnS, ZnSe, ZrO2, криолит и полимеры в качестве материалов с высоким показателем преломления, а в качестве материалов с низким показателем преломления — SiO2, Al2O3, CaF2, BaF2, MgF2, AIN, BN или полимеры. Для нанесения отражающих покрытий на подложку или на оптический поляризатор могут быть применены следующие стандартные способы: термическое испарение в вакууме, нанесение в парах с последующей термической обработкой, магнетронное распыление и другие. В качестве материала подложки, на которую может быть нанесен оптический поляризатор, работающий на «просвет» и, возможно, дополнительно на «отражение», могут быть использованы любые материалы, прозрачные в диапазоне рабочих длин волн, например кварц, стекло, полимеры и другие. В качестве материала подложки, на которую может быть нанесен оптический поляризатор, работающий только на «отражение» наряду с материалами, прозрачными в диапазоне рабочих длин волн, например кварц, стекло, полимеры, и могут быть использованы также любые другие материалы, непрозрачные в диапазоне рабочих длин волн, например металлы, полупроводниковые материалы, ситаллы, пластмассы и другие. Изобретение иллюстрируется отдельными примерами конкретного выполнения на фиг. 1-3. На фиг.1 показана схема однослойного оптического поляризатора по изобретению отражательного типа. На фиг. 2 схематично представлены виды зависимостей показателя преломления слоев в оптических поляризаторах от длины волны света. На фиг. 3 показана схема многослойного оптического поляризатора по изобретению. На фиг. 1 показана схема однослойного оптического поляризатора по изобретению отражательного типа, включающего анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой 1, отличающегося тем, что оба его показателя преломления (необыкновенный ne и обыкновенный no) пропорциональны длине волны поляризуемого света. В простейшем варианте слой 1 граничит с двух сторон с воздухом. В более сложных вариантах на одну его сторону дополнительно нанесено светоотражающее покрытие. Слой 1 может быть нанесен также на подложку, например из прозрачного стекла (показана на фиг.1 пунктиром). Работу предлагаемого оптического поляризатора отражательного типа можно пояснить следующим образом. Неполяризованный свет состоит из двух линейно поляризованных компонент 2 и 3, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны (эти две компоненты условно разнесены на фиг. 1 для наглядности и лучшего понимания). Компонента 2, поляризованная параллельно оптической оси анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1, частично отражается от границы слоя 1, образуя луч 4. Частичное отражение света от границы раздела слоя 1 и среды происходит за счет скачка (разницы) показателей преломления на этой границе. Для частичного отражения света может быть использовано также дополнительно нанесенное на слой 1 светоотражающее покрытие. Другая часть энергии компоненты 2, проходя через анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой 1, отражается от второй границы слоя 1 и проходит еще раз слой 1, образуя луч 5. Отраженные лучи 4 и 5 поляризованы так же, как и входящая компонента 2. Толщина слоя 1 выбирается такой, чтобы оптическая разность хода e для лучей 4 и 5, соответствующая большему показателю преломления ne, составляла нечетное число полуволн поляризуемого света, e = /2+m, где — длина волны света, m — порядок интерференции. Если среды с обеих сторон слоя 1 прозрачные (непоглощающие) и имеют показатели преломления меньшие, чем показатели преломления слоя 1, то оптическая разность хода e = 2dne+/2, где d — толщина слоя 1, а величина /2 — скачок фазы при отражении от первой границы как от оптически более плотной среды. В этом случае результатом интерференции лучей 4 и 5 является их взаимное ослабление и в оптимальном варианте их полное гашение. Полное гашение лучей 4 и 5 достигается, если интенсивности (амплитуды) лучей 4 и 5 одинаковы или близки по величине, что может быть достигнуто оптимальным подбором коэффициентов отражения от границ слоя 1, например за счет дополнительно нанесенного светоотражающего покрытия. Светоотражающее покрытие может быть выполнено металлическим или диэлектрическим и быть однослойным или многослойным. При выполнении условия пропорциональности необыкновенного показателя преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1 длине волны света (ne ~ ) равенство e = 2dne+/2 = /2+m выполняется для всего диапазона длин волн света, что обеспечивает высокие поляризационные характеристики в широкой спектральной области. Другая линейно поляризованная компонента 3, которая поляризована перпендикулярно оптической оси анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1, частично отражается от первой границы слоя 1, образуя луч 6. Другая часть энергии компоненты 3, проходя через слой 1, отражается от второй границы слоя 1, проходит еще раз слой 1, образуя луч 7. Отраженные лучи 6 и 7 поляризованы так же, как и входящая компонента 3. Результатом интерференции лучей 6 и 7 является их взаимное усиление, т.е. интерференционный максимум, т.к. оптическая разность хода между ними o, соответствующая обыкновенному (меньшему) показателю преломления no, составляет целое число длин волн o = 2dno+/2 = m (скачок фазы /2 при отражении луча 6 от первой границы слоя 1 для этой компоненты также происходит). При выполнении условия пропорциональности обыкновенного показателя преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя 1 длине волны света (no ~ ) условие интерференционного максимума o = 2dno+/2 = m также выполняется для всего диапазона длин волн света, что означает устранение спектральной зависимости поляризационных характеристик оптического поляризатора. Таким образом, в широкой области спектра в результате интерференции суммарное отражение компоненты 2, поляризованной параллельно быстрой оси слоя 1 двулучепреломляющего материала, значительно меньше, чем отражение компоненты 3, поляризованной перпендикулярно быстрой оси слоя 1. Возможна реализация и обратной ситуации, когда в результате интерференции суммарное отражение компоненты 2, поляризованной параллельно оптической оси слоя двулучепреломляющего материала 1, значительно больше, чем отражение компоненты 3, поляризованной перпендикулярно оптической оси слоя 1. Эта ситуация имеет место, когда толщина слоя 1 выбирается такой, чтобы оптическая разность хода e для лучей 4 и 5, соответствующая необыкновенному (большему) показателю преломления ne, составляла четное число полуволн поляризуемого света e = m. В этом случае результатом интерференции лучей 4 и 5 является интерференционный максимум, т.е. их взаимное усиление. В то же время оптическая разность хода o для лучей 6 и 7, соответствующая обыкновенному (меньшему) показателю преломления no, составляет нечетное число полуволн поляризуемого света o = /2+m. В этом случае результатом интерференции лучей 9 и 10 является интерференционный минимум, т.е. их взаимное ослабление. Теперь в результате интерференции суммарное отражение компоненты 2, поляризованной параллельно оптической оси слоя 1 двулучепреломляющего материала, значительно больше, чем отражение компоненты 3, поляризованной перпендикулярно оптической оси слоя 1 двулучепреломляющего материала На фиг.2 схематично представлены зависимости показателя преломления слоев в оптических поляризаторах от длины волны видимого света, т.е. в области 400-700 нанометров. Кривая 1 соответствует оптическому поляризатору по прототипу, в котором показатель преломления слоев убывает при увеличения длины волны света. Такая зависимость в оптике называется нормальной дисперсией и свойственна прозрачным материалам. Кривая 2 соответствует оптическому поляризатору по изобретению, в котором по крайней мере один показатель преломления слоев возрастает при увеличения длины волны света. Такая зависимость в оптике называется аномальной дисперсией и для получения такой зависимости оптический поляризатор должен быть специальным образом сконструирован. Эксперименты и расчеты показали, что предпочтительным для этого является оптический поляризатор, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальный показатель поглощения не менее 0,1. Здесь, как и в оптике, показатель поглощения изготовленного слоя k определяется (см. также ГОСТ 7601-78) как коэффициент при мнимой части в комплексном показателе преломления изготовленного слоя материала Z = n — ik. Кривая 3 соответствует предпочтительному варианту оптического поляризатора по изобретению, отличающемуся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет по крайней мере один показатель преломления, прямо пропорциональный длине волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. Прямая пропорциональность показателя преломления длине волны света является более строгим требованием (условием), чем простое возрастание показателя преломления при увеличении длины волны света. Высокие поляризационные характеристики в широкой спектральной области обеспечиваются в оптическом поляризаторе, отличающимся тем, что показатель преломления возрастает при увеличении длины волны поляризуемого света как в некотором диапазоне длин волн, так и при всех длинах волн. На фиг. 3 показана схема многослойного оптического поляризатора по изобретению, включающего 4 анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоя 1, отличающегося тем, что необыкновенный показатель преломления ne этих слоев возрастает при увеличении длины волны поляризуемого света. Указанные слои 1 нанесены, чередуясь с четырьмя слоями 8 оптически изотропного материала, причем обыкновенный показатель преломления nо двулучепреломляющего материала совпадает или близок с показателем преломления ni, оптически изотропного материала. Анизотропно поглощающие двулучепреломляющие слои 1 могут быть выполнены одинаковыми или из разных материалов, отличающихся, например, спектральными диапазонами, в которых необыкновенный показатель преломления ne возрастает при увеличении длины волны. Работу предлагаемого оптического поляризатора можно пояснить следующим образом. Неполяризованный свет состоит из двух линейно поляризованных компонент 2 и 3, плоскости поляризации которых взаимно перпендикулярны (эти две компоненты условно разнесены на фиг. 3 для наглядности и лучшего понимания). Компонента 2, поляризованная параллельно оптической оси анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев 1, частично отражается от границ слоев 1 и оптически изотропных слоев 8, образуя лучи 4. Отраженные лучи 4 поляризованы так же, как и входящая компонента 2. Толщина слоев 1 выбирается такой, что результатом интерференции всех лучей 4 является интерференционный максимум, т.е. их взаимное усиление. Коэффициент отражения при этом достигает 98% — 99,9%, что означает, что линейно поляризованная компонента 2 практически полностью отражается от оптического поляризатора, образуя луч 9. При выполнении условия более строгого, чем просто возрастание, а именно, условия прямой пропорциональности необыкновенного показателя преломления анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев 1 длине волны света (ne ~ ) условие интерференционного максимума выполняется для всего диапазона рабочих длин волн света. Другой компоненте 3 неполяризованного света, линейно поляризованной перпендикулярно оптической оси слоев 1, соответствует обыкновенный показатель преломления no слоев 1, равный показателю преломления ni оптически изотропного слоя (no = ni). При этом никакого отражения от границ слоев 1 и 8 нет, и линейно поляризованная компонента 3 проходит через многослойный оптический поляризатор полностью, без каких-либо отражений, образуя луч 10. Отражение компоненты 3 от внешних поверхностей оптического поляризатора может быть устранено обычным способом «просветления», т.е. нанесением на внешние поверхности оптически изотропных слоев с оптической толщиной в четверть длины волны и показателем преломления равным no1/2. В результате неполяризованный свет при падении на многослойный оптический поляризатор разделяется на две части и превращается в линейно поляризованный луч 9, проходящий через оптический поляризатор, и ортогонально поляризованный луч 10, отраженный от оптического поляризатора. Описанные примеры не ограничивают возможные варианты конкретного выполнения предлагаемого оптического поляризатора. Таким образом, во всех приведенных примерах обеспечиваются высокие поляризационные характеристики оптического поляризатора в широкой спектральной области при использовании количества слоев не более 10. Источники информации, принятые во внимание при составлении заявки: 1. Патент США 5,007,942, G 02 B 5/30, 1991. 2. Заявка PCT/WO 94/28073, C 09 B 31/147, 1994. 3. Заявка PCT/WO 95/17691, G 02 B 5/30, 1995. 4. Патент США 2,524,286, 350-155, 1950.Формула изобретения
1. Оптический поляризатор, включающий по крайней мере один двулучепреломляющий слой толщиной, при которой реализуется интерференционный экстремум на выходе оптического поляризатора по крайней мере для одной линейно-поляризованной компоненты света, отличающийся тем, что по крайней мере один двулучепреломляющий слой является анизотропно поглощающим и имеет по крайней мере один показатель преломления, возрастающий при увеличении длины волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. 2. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой изготовлен из материала, выбранного из числа низкомолекулярных термотропных жидкокристаллических веществ или их смесей, представляющих собой дихроичные красители или содержащих в качестве компоненты жидкокристаллические и/или нежидкокристаллические дихроичные красители. 3. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой изготовлен из материала, выбранного из числа полимерных термотропных жидкокристаллических или нежидкокристаллических веществ или их смесей, содержащих растворенные в массе и/или химически связанные с полимерной цепью дихроичные красители, и имеет толщину менее 0,2 мкм. 4. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированную пленку нежидкокристаллических полимерных материалов с регулируемой степенью гидрофильности, окрашенных дихроичными красителями и/или соединениями иода. 5. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой сформирован из дихроичных органических красителей полимерного строения. 6. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой органических солей дихроичных анионных красителей. 7. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой толщиной менее 0,1 мкм дихроичных красителей, способных к образованию лиотропной жидкокристаллической фазы. 8. Оптический поляризатор по п.7, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой дихроичных органических красителей полимерного строения. 9. Оптический поляризатор по п.7, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой представляет собой ориентированный молекулярно упорядоченный слой дихроичных красителей или их смесей, способных к образованию стабильной лиотропной жидкокристаллической фазы. 10. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет по крайней мере один показатель преломления, прямо пропорциональный длине волны поляризуемого света по крайней мере в некотором диапазоне длин волн. 11. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальную величину по крайней мере одного показателя преломления не менее 1,9. 12. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой имеет максимальный показатель поглощения не менее 0,1. 13. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что толщины анизотропно поглощающих двулучепреломляющих слоев выбираются из условия получения на выходе оптического поляризатора интерференционного минимума для одной линейно поляризованной компоненты света и интерференционного максимума для другой ортогональной линейнополяризованной компоненты света. 14. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два слоя, по крайней мере один из которых анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой, а другой слой оптически изотропный, причем один показатель преломления двулучепреломляющего слоя отличается от показателя преломления оптически изотропного слоя, а другой показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя совпадает или близок к показателю преломления оптически изотропного слоя. 15. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что он содержит по крайней мере два различных двулучепреломляющих слоя, по крайней мере один из которых анизотропно поглощающий двулучепреломляющий слой, причем один показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя отличается от одного показателя преломления другого двулучепреломляющего слоя, а другой показатель преломления анизотропно поглощающего двулучепреломляющего слоя совпадает или близок к другому показателю преломления другого двулучепреломляющего слоя. 16. Оптический поляризатор по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит светоотражающее покрытие. 17. Оптический поляризатор по п.16, отличающийся тем, что светоотражающее покрытие выполнено металлическим.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3Оптический поляризатор с металлическими наночастицами Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»
УДК 535.39
ОПТИЧЕСКИЙ ПОЛЯРИЗАТОР С МЕТАЛЛИЧЕСКИМИ НАНОЧАСТИЦАМИ
© 2012 С.Г. Моисеев1,2, М.С. Явтушенко1, С.В. Виноградов1
1 Ульяновский государственный университет 2 Ульяновский филиал Института радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН
Поступила в редакцию 20.11.2012
В рамках приближения эффективной среды исследованы оптические свойства гетерогенного композитного материала с металлическими включениями сфероидальной формы, имеющими плазмон-ный резонанс в видимой области спектра. Показано, что отражательная и пропускная способности композитного слоя с одинаково ориентированными серебряными включениями существенно зависят от ориентации плоскости поляризации падающей световой волны.
Ключевые слова: поляризатор, плазмонный нанокомпозит, модель эффективной среды, оптика анизотропных сред.
ВВЕДЕНИЕ
Взаимодействие электромагнитного излучения с металлическими наночастицами становится наиболее сильным на частотах, соответствующих плазмонным осцилляциям в наночастицах [1]. Возбуждение плазмонных колебаний в металлических наночастицах, взвешенных в диэлектрической среде, приводит к появлению резонансных особенностей в спектральной зависимости эффективных оптических характеристик подобных смесей (композитных сред), даже если компонентами этой смеси являются нерезонансные материалы [2-5]. Такие искусственные материалы могут найти широкое применение для управления направлением распространения светового луча, создания миниатюрных линз, уникальных фильтров и др. [6-8]. Варьируя форму, размер или концентрацию включений, а также применяя различные материалы для включений и матрицы, можно управлять оптическими свойствами подобных структур.
Настоящая работа посвящена исследованию оптических характеристик поляризатора на основе гетерогенного композитного материала с плазмонным резонансом. Функциональность композитного поляризатора обеспечивается использованием включений несферической формы, упорядоченная ориентация которых в сочетании с плазмонным резонансом приводят к сильной анизотропии коэффициента экстинк-ции композита.
Моисеев Сергей Геннадьевич, кандидат физико-математических наук, доцент, старший научный сотрудник. E-mail: [email protected]
Явтушенко Марина Сергеевна, кандидат физико-математических наук, старший преподаватель. E-mail: [email protected] Виноградов Сергей Викторович, аспирант. E-mail: [email protected]
ПЛАЗМОННЫЕ РЕЗОНАНСЫ В МЕТАЛЛИЧЕСКИХ НАНОЧАСТИЦАХ СФЕРОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ
Рассмотрим свойства оптических резонансов в металлических частицах с характерным размером много меньше длины световой волны, взвешенных в диэлектрической матрице. Будем полагать, что в оптическом диапазоне материалы самих частиц и окружения не имеют резонансных особенностей.
В переменном электрическом поле внешней световой волны на границе диэлектрика и металла возбуждаются коллективные флуктуации электронной плотности, называемые поверхностными плазмонами [9,10].,
В электростатическом приближении поляризуемость частицы, имеющей форму эллипсоида вращения (сфероида), во внешнем поле, прило-
женном вдоль одной из главных осей сфероида, имеет следующий вид [9]:
S =
V
L(e -е ) + е
\ p ms
(1)
где V — объем частицы, £ р — диэлектрическая проницаемость частиц, £т — диэлектрическая проницаемость окружающей среды (матрицы). Входящий в знаменатель правой части выражения (1) фактор деполяризации Ь зависит от £ = а / Ь — отношения длин полярной a и экваториальной Ь полуосей сфероида [2]. Случай £< 1 соответствует сплюснутому сфероиду (диску), £> 1 — вытянутому, £ = 1 — шару; в случае Ь± = Ь,, = 1/3. от формы частицы. Для определенности рассмотрим случай серебряных включений. Поскольку линейные размеры частиц составляют единицы или десятки наномет-
ров, все расчеты проведем с учетом размерной коррекции диэлектрической функции частиц, учитывающей ограничение длины свободного пробега электрона из-за его столкновений с границей частицы [1,10,11]. Необходимые табличные данные для серебра можно найти в работе [12].
На рис. 1 приведены графики зависимости резонансной длины волны от формы серебряных частиц для двух направлений светового вектора внешней волны. Видно, что в некотором диапазоне значений аспектного отношения наночастиц, ширина и положение которого зависит от оптической плотности окружающей среды, в видимой области могут наблюдаться два плазмонных резонанса, один из которых отвечает продольной поляризации света (вектор напряженности внешнего поля направлен параллельно оси симметрии наночастицы), второй — поперечной поляризации (вектор напряженности направлен перпендикулярно оси симметрии наночастицы, то есть располагается в экваториальной плоскости частицы). серебряного сфероида от аспектного отношения о для продольной (сплошные линии) и поперечной (штриховые линии) поляризации света
е
г
т
А
Из представленных на рис. 1 зависимостей следует, что условие возбуждения только одного из двух типов плазмонных резонансов может быть выполнено при £ < 0.85 или £ > 1.5. В настоящей работе рассмотрим вытянутые частицы с аспектным отношением £ = 3 ( а = 3Ь ). В этом случае продольный плазмонный резонанс приходится на длинноволновую часть видимой области спектра, а частота поперечного резонанса смещена в ультрафиолетовую область.
ОТРАЖАТЕЛЬНАЯ И ПРОПУСКНАЯ
СПОСОБНОСТИ УПОРЯДОЧЕННОГО
КОМПОЗИТА С НЕСФЕРИЧЕСКИМИ ВКЛЮЧЕНИЯМИ
Предположим, что плоскопараллельная пластина композитного материала с одинаково ориентированными сфероидами размещена на поверхности полубесконечной прозрачной среды с показателем преломления . Пусть свет падает нормально на поверхность композитной пленки со стороны вакуума. Очевидно, что для таких условий оптическая анизотропия пленки будет наиболее сильно выражена, если оси вращения включений (вытянутых сфероидов) будут ориентированы вдоль направления, параллельного границам раздела сред.
Для расчета оптических характеристик матричной композитной среды воспользуемся соотношением Максвелла-Гарнета [13]:
е-е
= т
е — е
р т
Ь(е- е ) + е Ь(е -е ) + е
V ту т V р ту
(3)
где е = (п + ¡к )2 — эффективная диэлектрическая проницаемость композитной среды, Т -объемная доля серебряных включений (фактор заполнения). Предполагается, что включения распределены по объему матрицы неупорядоченно и заполняют ее равномерно. Следует отметить, что применение модели эффективной среды Максвелла-Гарнета является адекватным для фактора заполнения 0.01 <] < 0.3 .
Отражательная Л и пропускная Т способности композитного слоя толщиной к могут быть рассчитаны на основе уравнений Эйри [14], записанных для комплексного показателя преломления п + ¡к пленки. Таким образом, используя соотношение Максвелла-Гарнета и формулы Эйри, можно исследовать зависимость спектральных характеристик композитной пленки от толщины к и фактора заполнения Т . Пусть показатель преломления подложки совпадает с показателем преломления матрицы композита, то есть п = п = 1.5. Анализ показывает, что
$ т ‘
отражательная и пропускательная способности
подобной структуры существенно зависят от поляризации световой волны при ] ~ 1 и 100 нм < к < 150 нм.
На рис. 2 представлены результаты расчета отражательной, пропускательной и поглоща-тельной способностей композитного слоя толщиной к = 230 НМ , 10% объема которого занимают серебряные сфероиды. Толщина композитной пленки выбрана такой, чтобы интерференционные эффекты в ней усиливали чувствительность Я и Тк поляризации световой волны. Для поперечной поляризации света композит прозрачен ( Т > 0.8 ) почти во всей видимой области спектра, за исключением области коротких волн, где влияние плазмонного резонанса с Лгех ~ 380 нм становится существенным и приводит к заметному росту поглощения. Для продольной поляризации композитное покрытие в длинноволновой части спектра обладает довольно высокой отражательной способностью («металлическим блеском») при практически нулевой пропускной способности, что обусловлено возбуждением плазмонного резонанса на Лге$ ~ 660 нм. Как следствие, в спектральном диапазоне 570 нм < к < 690 нм композитный слой обладает следующими свойствами: для продольной поляризации он не пропускает световой луч, но является прозрачным для поперечной поляризации; при этом высокая пропускатель-ная способность ( Т ~ 0.9 ) сопровождается слабым отражением ( Л < 0.1) и наоборот. Таким образом, в определенном спектральном интервале подобный композитный слой перераспределяет большую долю энергии падающей волны между преломленным и отраженным лучами, поляризованными в разных плоскостях.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, в настоящей работе в рамках приближения эффективной среды исследованы оптические свойства композитного материала с серебряными включениями сфероидальной формы, главные оси которых ориентированы одинаковым образом. Показано, что использование в качестве включений вытянутых частиц позволяет достичь в видимой области спектра высокую поляризационную чувствительность отражательной и пропускной способности композитного слоя. Подобная плазмонная структура может применяться в качестве поляризатора и сплиттера оптического излучения, так как она перераспределяет большую долю (не менее 80%) энергии падающей волны между преломленным и отраженным лучами, причем поворот плоскости поляризации света на угол р/2 приводит к переключению между режимами «отражение» и «пропускание». Рабочая об-
(а)
X, нм
R, T, A
X, нм
Рис. 2. Спектральная зависимость отражательной (сплошные линии), пропускной (штриховые линии) и поглощательной (штрих-пунктирные линии) способностей композитной пленки для продольной (а) и поперечной (б) поляризации света
ласть спектра поляризатора может варьироваться за счет использования в качестве включений металлических наночастиц другой формы или иного металла. Важно отметить, что такой поляризатор функционирует при нормальном падении света, обладает невысоким поглощением и имеет толщину меньше длины световой волны.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы» Министерства образования и науки РФ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Хлебцов Н. Оптика и биофотоника наночастиц с плазмонным резонансом // Квантовая электроника. 2008. Т. 38. № 6. С. 504 — 529.
2. Ораевский А., Проценко И. Оптические свойства ге-
терогенных сред // Квантовая Электроника. 2001. Т. 31. №. 3. С. 252 — 256.
3. Сухов С.В. Нанокомпозитный материал с единичным показателем преломления // Квантовая электроника. 2005. T. 35. № 8. C. 741 — 744.
4. Shoichi Kubo, Anreas Diaz, Yan Tang, Theresa S. Mayer, Iam Choon Khoo, Thomas E. Mallouk Tunability of the refractive index of gold nanoparticle dispersions // NANO LETTERS. 2007. Vol. 7. P. 3418-3423.
5. Моисеев С.Г. Оптические свойства композитной среды Максвелла-Гарнета с серебряными включениями несферической формы // Известия ВУЗов. Физика. 2009. Т. 52. № 11. С. 7-12.
6. Chettiar U.K., Kildishev A.V., Yuan H.-K. et al. Dual-band negative index metamaterial: double negative at 813 nm and single negative at 772 nm // Opt. Lett. 2007. V. 32. N.12. P. 1671 — 1673.
7. Protsenko I.E., Zaimidoroga O.A., Samoilov V.N. Heterogeneous medium as a filter of electromagnetic radiation // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2007. V.9. P. 363 — 368.
8. Моисеев С.Г., Остаточников В А, Семенцов Д.И. Подавление дефектной моды в фотонно-кристаллической структуре с резонансным нанокомпозитным слоем //
Квантовая электроника. 2012. Т. 42. № 6. С. 557-560.
9. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986. 664 с.
10. Kreibig U., Vollmer M. Optical properties of metal clusters. Berlin, Heidelberg: Springer, 1995. 529 p.
11. Yannopapas V., Modinos A., Stefanou N. Scattering and absorption of light by periodic and nearly periodic metallodielectric structures // Optical and Quantum. Electronics. 2002. V. 34. N. 1-3. P. 227 — 234.
12. Ordal M., Long L.L., Bell R.J., Bell S.E., Bell R.R.,
AlexanderR.W.Jr., Ward C.A. Optical properties of the metals Al, Co, Cu, Au, Fe, Pb, Ni, Pd, Pt, Ag, Ti, and W in the infrared and far infrared // Applied Optics. 1983. V. 22. P. 1099 — 1119.
13. Spanier J, Herman I. Use of hybrid phenomenological and statistical effective-medium theories of dielectric functions to model the infrared reflectance of porous SiC films // Physics Review B. , M.S. Yavtushenko1, S.V. Vinogradov 1
1 Ulyanovsk State University 2 Ulyanovsk Branch of Institute of Radio Engineering and Electronics named after V.A. Kotelnikov RAS
In the framework of the effective-medium approximation, the optical properties of heterogeneous composite with metal inclusions of spheroidal shape having a plasmon resonance in the visible range of spectrum are investigated. It is shown that the reflectivity and transmission of the composite layer with identically oriented silver inclusions depend strongly on the orientation of the polarization of the incident light wave. Keywords: polarizer, plasmonic nanocomposite, effective-medium model, optics of anisotropic media
Sergey Moiseev, Candidate of Physics and Mathematics, Associate Professor, Senior Research Fellow. E-mail: [email protected]
Marina Yavtushenko, Candidate of Physics and Mathematics, Senior Lecturer. E-mail: [email protected] Sergey Vinogradov, Graduate Student. E-mail: [email protected]
многоцветный панорамный фотометр-поляриметр с высоким временным разрешением — ГРА САО РАН
В конструкции панорамного фотометра-поляриметра, разработанного и изготовленного в САО РАН, учтены перечисленные выше особенности КЧД и специфика исследований слабых быстропеременных объектов. Потоки квантов от этих объектов одновременно регистрируются в четырех цветовых полосах и четырех ориентациях плоскости поляризации, что позволяет повысить суммарную квантовую эффективность системы регистрации и обеспечивает возможность синхронного анализа быстропротекающих процессов. Кроме того, одновременно с исследуемым объектом регистрируются потоки квантов от звезды сравнения, изображения которой строятся на катодах КЧД в четырех цветовых полосах. Учитывая малое поле зрения детектора и опасность его пересветки от чрезмерно яркого источника, мы встроили в фотометр- поляриметр TV CCD подсмотр звездного поля, что существенно упрощает процедуру проведения астрофизических наблюдений.
Панорамный фотометр поляриметр мы разработали в двух модификациях: как широкопольный фотометр-поляриметр и как многоканальный. Первый широкопольный (регистрируемое поле 1′), предназначен для поиска и исследования предельно слабых источников в последовательно устанавливаемых оптических фильтрах U, B, V, R, с вводимым в оптический пучек и поворачиваемым на 45 градусов анализатором линейной поляризации, второй — многоцветный фотометр-поляриметр используется для регистрации потоков фотоотсчетов от исследуемого объекта и звезды сравнения в 4-х цветовых полосах и до 4-х направлений плоскости поляризации одновременно. В нем формируются два поля изображений, диаметром по 10», одно из которых находится на оптической оси телескопа и в него заводится исследуемый объект, второе поле, предназначенное для регистрации потока квантов от звезды сравнения. Его можно перемещать по звездному полю в радиальном и тангенциальном направлениях. В обоих модификациях фотометра используется одни и те же КЧД, TV CCD с объективом переброса и единая система регистрации потока фотоотсчетов и видеокадров.
Широкопольный фотометр-поляриметр
Широкопольный фотометр-поляриметр схематически изображен на рис. 1.
|
Он позволяет измерять линейную поляризацию излучения путем введения линейного анализатора в оптический пучек и последовательного выполнения экспозиций с поворотом анализатора. Оптическая схема этого фотометра-поляриметра близка к схеме, предложенной Эманом (1941), см. также Hiltner (1962). Основное отличие заключается в замене призмы Волластона на пластину Савара — Savart, (1840), Born & Wolf (1964), разводящая изображения на 0.6 мм, что соответствует 7» в фокальной плоскости телескопа. Применение пластины Савара обеспечивает возможность исключить из схемы все оптические элементы между зеркалом телескопа и анализатором и построить с помощью одного объектива в одной плоскости два наложенные друг на друга линейно поляризованные изображения звездного поля. Идею использовать пластину Савара предложил Г.А.Чунтонов. Некоторым недостатком такой оптической схемы является сложение фоновых излучений в обоих поляризациях, но оно не существенно при изучении ярких точечных объектов на фоне ночного неба, а для анализа слабосветящихся источников в фокальной плоскости телескопа может быть установлена щелевая диафрагма, шириной те же ~0.6 мм, которая позволяет получать полосовые изображения раздельно, на соседних участках фотокатода КЧД. Нужная ориентация этой щели для захвата звезды сравнения на звездном поле устанавливается с помощью поворотного стола телескопа.
Для того, чтобы с помощью фотометра- поляриметра определить три параметра Стокса — I, Q и V, описывающих линейную поляризацию, анализатор может поворачиваться на 45 градусов и занимать два фиксированные положения с ориентацией +/- 22.5 градуса от направления щелевой диафрагмы.
Математическая значений нормированных параметров Стокса, вычисляемых по потокам квантов, регистрируемых фотометром-поляриметром от исследуемых объектов, может быть выражена формулами, см., например, книги W.A. Shurkliff (1962) и A.Gerrard & J.M.Burch (1975):
I = E(0) + E(90)
Q/I = E(0) — E(90)
I’ = E(45) + E(135)
U/I’ = E(45) — E(135)
где E(0) и E(90) — интенсивности потоков квантов от исследуемого объекта, зарегистрированных в двух взаимно перпендикулярных направлениях вектора поляризации двухлучевого анализатора, E(45) и У(135) — такие же интенсивности, измеренные после поворота анализатора на 45 градусов. Общую интенсивность потока регистрации квантов можно рассматривать как Isum = I + I’.
Широкопольный фотометр-поляриметр выполнен в виде короба, с размещенной внутри турелью светофильтров, вводимыми на оптическую ось диагональным зеркалом переброса изображения звездного поля на TV CCD камеру и линейным поляризатором, работающем в конусном пучке, построенном зеркалом телескопа. Ультрафиолетово прозрачный объектив построения изображения на катоде КЧД находится на оптической оси телескопа после поляризатора. Он увеличивает масштаб в соотношении 1/3, приводя угловое разрешение КЧД в соответствие с размерами изображения звезд. Перед плоской поверхностью входного окна PSD на оптическом контакте с ним находится линза, расчитанная, как составная часть оптической схемы объектива, выравнивающая оптические пути лучей по всему полю выпуклого фотокатода для обеспечения приемлемой фокусировки изображения. Юстировка фотометра-поляриметра выполнена с введенным в пучек поляризатором. При его удалении для работы в фотометрическом режиме перефокусировка оптической схемы выполняется путем осевого перемещения всего фотометра кинематикой телескопа.
В фотометре-поляриметре минимизированы суммарная толщина пропускающих элементов и количество отражающих поверхностей, которые просветлены для максимизации величины потока фотоотсчетов от КЧД.
Во время выполнения наблюдений с помощью КЧД некоторую проблему составляет накопление так называемого плоского поля. Эта процедура требует значительного времени и по ряду причин ее трудно выполнять путем наведения телескопа на фон неба с расфокусированной оптикой. Поэтому мы используем равномерную посветку синим, зеленым или красным светодиодом, белого экрана на внутренней поверхности крышки фотометра, закрываемой на время записи потока плоского поля в синем, зеленом и красном цветах. Отношение размера экрана к удалению его от объектива соответствует аппертуре телескопа. Качество получаемого таким образом плоского поля вполне соответствует его назначению.
Для обеспечения возможности математической компенсации пространстенных искажений поля зрения КЧД в фотометре-поляриметре с помощью подвижного диагонального зеркальца предусмотрена установка так называемого «реперного поля» — набора освещенных сзади маленьких, равномерно расположенных отверстий.
Для идентификации исследуемого объекта и точной установки его в окно регистрации потока квантов мы используем подсмотр поля изображения на основе специально адаптированной TV CCD камеры.
TV CCD камера смонтирована на объективе переброса, уменьшающего масштаб изображения в 3 раза для более выгодного соответствия размера изображений звезд размерам пиксел камеры. Эффективное относительное отверстие телескопа при этом становится порядка 1/1.3. Адаптация TV CCD камеры заключалась в обеспечении возможности программно устанавливать длительное время накопления изображения, вплоть до 1000 сек и устанавливать диапазон измерения зарядов, получаемых в пикселах. При этом TV CCD камера достигает паспортной квантовой эффективности, порядка 30%, и вполне может быть использована для целей обзора звездного поля и наведения каналов регистрации фотометра-поляриметра на исследуемый объект и звезду сравнения. Световой пучек подается на него при установке диагонального зеркала на оптическую ось фотометра-поляриметра. Оба объектива переброса изображения из фокальной плоскости телескопа на TV CCD камеру и на катод PSD имеют апертуры, достаточные для того, чтобы пропускать световые пучки в телесном угле всего изображения на TV CCD или PSD, соответственно, так что не требуется использование линзы поля.
Многоцветный панорамный фотометр-поляриметр
Многоцветный фотометр-поляриметр регистрирует потоки только от исследуемого объекта и звезды сравнения с их ближайшими окрестностями.
|
Свет от исследуемого объекта разлагается поляризационным блоком на 4 компоненты с различными ориентациями плоскости поляризации. Световые пучки от исследуемого объекта и звезды сравнения проходят через дихроичные фильтры и регистрируются с помощью двух КЧД, один из которых оптимизирован для прима синих квантов, а второй красных. В результате свет регистрируется в 4 цветовых полосах U, B, V, R.
Математический формализм работы анализатора поляризации в этом многоцветном фотометре- поляриметре аналогичен, тому, который используется в описанном выше широкопольном фотометре- поляриметре, с тем отличием, что вместо поворота поляризационного блока на 45 градусов используется полуволновая фазовращательная пластина, «быстрая ось» которой наклонена под углом 22.5 градусов к плоскости вертикальной поляризации основного анализатора. Эта пластина обеспечивает поворот на 45 градусов плоскости поляризации светового пучка, проходящего через нее, см., например, книгу A.Gerrard & J.M.Burch (1975). В таком случае, при последовательных измерениях интенсивностей потоков, разлагаемых линейным поляризатором на ортогональные компоненты с возможностью предварительного поворота фазы пучка на 45 градусов, оптическая схема поляризационного блока становится аналогичной описанной выше. Однако у нее есть дополнительное положительное свойство, заключающееся в возможности введения фазовращательной пластины на половину сечения оптического пучка. Это позволяет выполнять измерение трех параметров Стокса одновременно, что может оказаться полезным при изучении нестационарных процессов. Некоторая возможная неточность деления оптического пучка пополам не оказывает существенного влияния на точность измерения, так как в выражения (1) для Q/I и U/I’ входят свои индивидуальные определения нормировочных интенсивностей I и I’. Подобный принцип одновременного определения 3-х параметров Стокса с делением интегрального потока на две части, но в другом схемном решении используется в поляриметре Giro & Pernechele (2001), построенном на двойной призме Волластона, Oliva, (1997).
Оптическая схема описываемого варианта фотометра-поляриметра ближе к классической схеме, предложенной Эманом (1941), чем схема широкопольного фотометра-поляриметра, так как поляризационный блок установлен в параллельном пучке между коллиматором и объективом. Опишем ее несколько подробнее.
Разложение интегрального пучка света выполняется с помощью вводимого в него поляризационного блока, показанного на рисунке 3, основу которого составляет призма Волластона, разводящая ортогонально поляризованные пучки на +/- 3 градуса от главной оптической оси фотометра поляриметра, совпадающей с оптической осью телескопа. Коллиматор формирует параллельный пучек от точечного источника, находящегося в фокальной плоскости телескопа. Размер ахроматического объектива достаточен для перехвата всего светового пучка, идущего из апертурной диафрагмы, диаметром 10» и поэтому не требуется применение линзы поля.
|
Половину поверхности линейного поляризатора закрывает полуволновая фазовращательная пластина, «быстрая ось» которой установлена под углом 22.5 градуса к плоскости проекции верхней части рисунка. Тонкий оптический клин служит для отвода пучков света, проходящих через фазовращательную пластину, на 6 градусов от оптической оси фотометра. Этот поляризационный блок, в соответствии режимом выполняемой работы, может занимать 4 фиксированных положения по отношению к оси оптического пучка, показанных на рис. 3 цифрами от 1до 4:
- блок вне оптического пучка — режим фотометрии;
- пучек пропускается только через линейный поляризатор — режим измерения поляризации в состоянии 0-90;
- половина площади сечения пучка проходит через линейный поляризатор, а вторая половина сначала через полуволновую фазовращательную пластину с оптическим клином, а потом поляризатор — режим одновременного измерения поляризации в состоянии 0-45-90-135;
- пучек полностью пропускается через фазовращательную пластину и поляризатор — режим измерения поляризации в состоянии 45-135 .
Если поляризационный блок вводится в пучек только одной пластиной или всем пакетом полностью — положения 2 и 3, то в результате на фотокатоде получаются двойственные изображения звезды во взаимно перпендикулярных поляризациях, ориентированных компланарно и ортогонально плоскости верхнего рисунка или те же два изображения звезды, с плоскостями поляризации, повернутыми под углом 45 градусов к той же плоскости рисунка и смещенными на 6 градусов относительно первых изображений. Введение поляризатора в пучек до касания краем пакета из фазовращательной пластины и клина оси светового пучка (положение 3) обеспечивает получение сразу всех 4-х изображений звезды в углах квадрата, с набором из 4-х плоскостей поляризации, покрывающими угол от 0 до 135 градусов с шагом 45 градусов.
Для заведения в канал регистрации пучка света от звезды сравнения, используется призменно-линзовая оптическая система — перископ, схематическое изображение которого показано на рис. 4.
|
Перископ позволяет стандартно размещать изображение звезды сравнения в одном и том же месте на катоде детектора, независимо от радиального удаления ее от исследуемого объекта в пределах до 3′. Возможность обеспечения постоянного положения звезды сравнения на катоде, независимо от фактического удаления ее от исследуемого объекта, обеспечена тем, что фокальная плоскость коллиматора перископа при его радиальном перемещении совместно с подвижным блоком перебрасывающих призм, совпадает с фокальной плоскостью телескопа и, поэтому, в неподвижную часть перископа всегда попадает параллельный оптический пучек, выходящий их него под главной оптической осью фотометра под поляризационным блоком. Тангенциальное несовпадение положения звезды сравнения и входной апертуры перископа относительно оси телескопа устраняется вращением всего фотометра-поляриметра вокруг этой оси с помощью поворотного стола, перпендикулярно фокальной плоскости телескопа. Несколько большие потери света в перископе, по сравнению с более простой оптической схемой формирования изображений исследуемого объекта не являются критическими, так как зачастую в поле, диаметром 3′ можно выбрать более яркие звезды, чем исследуемый объект, а с другой стороны, каждое изображение исследуемого объекта само является ослабленным из-за деления потока света на поляризационные компоненты.
Параллельные световые пучки от исследуемого объекта и звезды сравнения попадают на набор дихроичных фильтров, отражающие эти пучки радиально в направлении выпуклых сферических поверхностей фотокатодов КЧД, далее проходят через находящиеся за ними коллективные ахроматические объективы камер КЧД, фокусирующие конечные изображения на поверхностях катодов. Оптическая схема блока дихроичных фильтров показана на рис. 5.
|
Фокусные расстояния этих объективов в 3 раза больше, чем у входных объективов, что обеспечивает увеличение масштаба в 3 раза, по отношению к изображению в фокальной плоскости телескопа и делает его соответствующим пространственному разрешению детектора. Применение объективов большого диаметра, существенно большего, чем диаметры фокусируемых пучков, позволяет использовать один такой объектив для фокусировки сразу десяти пучков, вместо 10 отдельных объективов и в результате в фотометре-поляриметре достаточно использовать 2 таких объектива вместо 20. Эти коллективные объективы тождественны индивидуальным объективам для каждого луча, но собранным вместе и с добавлением своего оптического клина каждому такому объективу, благодаря которому угол отражения от дихроичных зеркал можно установить близким к 45 градусам, несмотря на то, что позиционно эти зеркала довольно далеки от оптической оси объективов. Работа с параллельными световыми пучками, даваемыми входными объективами фотометра-поляриметра, позволяет одновременно сфокусировать на выпуклых поверхностях катодов КЧД множественные изображения объекта и звезды сравнения. Использование ахроматических объективов обусловлено необходимостью получить все множественные изображения исследуемого объекта и звезды сравнения на общей выпуклой поверхности каждого фотокатода без внесения дополнительных оптических компонент для компенсации разницы оптического пути в разных цветовых полосах.
Математическое исправление нелинейностей поля зрения фотометра поляриметра также может быть выполнено с помощью «реперных полей» проецируемых на катоды КЧД при установке их оптических пучков диагональными зеркалами на коллективные объективы фотометра- поляриметра.
Руководство по выбору поляризатора| Эдмунд Оптикс
Для получения дополнительной информации о поляризации прочтите Введение в поляризацию.
Поляризация — важная характеристика света. Поляризаторы — это ключевые оптические элементы для управления вашей поляризацией, передачи желаемого состояния поляризации при отражении, поглощении или отклонении остальных. Существует множество конструкций поляризаторов, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки. Чтобы помочь вам выбрать лучший поляризатор для вашего приложения, мы обсудим характеристики поляризатора, а также различные классы конструкций поляризаторов.
Характеристики поляризатора
Поляризаторыопределяются несколькими ключевыми параметрами, некоторые из которых относятся к поляризационной оптике. Наиболее важные характеристики:
Коэффициент экстинкции и степень поляризации: Поляризационные свойства линейного поляризатора обычно определяются степенью поляризации или эффективности поляризации, P, и его коэффициентом экстинкции, ρ p . В соответствии с формализмом, приведенным в Справочнике по оптике, основные коэффициенты пропускания поляризатора равны T 1 и T 2 .T 1 — это максимальное пропускание поляризатора, которое возникает, когда ось поляризатора параллельна плоскости поляризации падающего поляризованного луча. T 2 — это минимальное пропускание поляризатора, которое возникает, когда ось поляризатора перпендикулярна плоскости поляризации падающего поляризованного луча.
(1) $$ P = \ frac {\ left (T_1 — T_2 \ right)} {\ left (T_1 + T_2 \ right)} \, \, \ text {and} \, \, \ rho_p = \ frac {T_2} {T_1} $$
Коэффициент экстинкции линейного поляризатора часто выражается как 1 / ρ p : 1.Этот параметр находится в диапазоне от менее 100: 1 для экономичных листовых поляризаторов до 10 6 : 1 для высококачественных двулучепреломляющих кристаллических поляризаторов. Коэффициент ослабления обычно зависит от длины волны и угла падения и должен оцениваться вместе с другими факторами, такими как стоимость, размер и поляризованная передача для данного приложения.
Transmission: Это значение относится либо к пропусканию света, поляризованному линейно в направлении оси поляризации, либо к пропусканию неполяризованного света через поляризатор.Параллельная передача — это передача неполяризованного света через два поляризатора с параллельными осями поляризации, а перекрестная передача — это передача неполяризованного света через два поляризатора со скрещенными осями поляризации. Для идеальных поляризаторов пропускание линейно поляризованного света параллельно оси поляризации составляет 100%, параллельное пропускание — 50%, а перекрестное пропускание — 0%. Это можно вычислить с помощью закона Малюса, как описано во введении в поляризацию.
Угол приема: Угол приема — это наибольшее отклонение от расчетного угла падения, при котором поляризатор все еще будет работать в пределах технических характеристик. Большинство поляризаторов предназначены для работы под углом падения 0 ° или 45 ° или под углом Брюстера. Угол приема важен для юстировки, но особенно важен при работе с неколлимированными лучами. Проволочная сетка и дихроичные поляризаторы имеют самые большие углы приема, вплоть до полного угла приема почти 90 °.
Конструкция: Поляризаторы бывают разных форм и конструкций. Тонкопленочные поляризаторы — это тонкие пленки, похожие на оптические фильтры. Светоделители с поляризационными пластинами представляют собой тонкие плоские пластины, расположенные под углом к лучу. Поляризационные кубические светоделители состоят из двух прямоугольных призм, установленных вместе на гипотенузе. Двулучепреломляющие поляризаторы состоят из двух кристаллических призм, установленных вместе, причем угол расположения призм определяется конкретной конструкцией поляризатора.
Чистая апертура: Чистая апертура обычно является наиболее ограничительной для двулучепреломляющих поляризаторов, поскольку наличие оптически чистых кристаллов ограничивает размер этих поляризаторов.Дихроичные поляризаторы имеют самые большие доступные прозрачные апертуры, так как их изготовление допускает большие размеры.
Длина оптического пути: Длина светового пучка должна проходить через поляризатор. Важное значение для дисперсии, пороговых значений повреждения и пространственных ограничений, длины оптического пути могут быть значительными в двулучепреломляющих поляризаторах, но обычно короткие в дихроичных поляризаторах.
Порог повреждения: Порог повреждения лазером определяется используемым материалом, а также конструкцией поляризатора, причем двулучепреломляющие поляризаторы обычно имеют самый высокий порог повреждения.Цемент часто является наиболее восприимчивым элементом к лазерному повреждению, поэтому оптически контактирующие светоделители или двулучепреломляющие поляризаторы с воздушным разнесением имеют более высокие пороги повреждения.
Стоимость: Для некоторых поляризаторов требуются большие, очень чистые кристаллы, которые стоят дорого, в то время как другие изготовлены из вытянутого пластика, что делает их более экономичными.
| Руководство по выбору: дихроичные поляризаторы |
|---|
Дихроичные поляризаторы передают желаемую поляризацию и поглощают остальную.Это достигается за счет анизотропии поляризатора; распространенными примерами являются ориентированные полимерные молекулы и вытянутые наночастицы. Это широкий класс поляризаторов, от недорогих поляризаторов из ламинированного пластика до высокоточных поляризаторов на основе наночастиц из стекла. Большинство дихроичных поляризаторов имеют хорошие коэффициенты затухания по сравнению с их стоимостью. Их пороги повреждения и устойчивость к окружающей среде часто ограничены, хотя в этом аспекте стеклянные дихроичные поляризаторы превосходят пластиковые дихроичные поляризаторы.Дихроичные поляризаторы хорошо подходят для микроскопии, визуализации и отображения и часто являются единственным выбором, когда необходимы очень большие отверстия.
Рисунок 1: Дихроичные поляризаторы поглощают нежелательное состояние поляризации| Тип | Применения | Подложка | Диапазон длин волн (нм) | Коэффициент ослабления | Передача (%) | Стоимость | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Линейные поляризаторы из высококонтрастного стекла | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | 400–700 | \ $ $$ | ||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
Пластиковые высококонтрастные линейные поляризаторы | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | ПММА и полимерная пленка | 400–700 | 9000: 1 | Одинарный: 42 Параллельный: 36 Перекрещенный: <0,004 | \ $ \ $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Высококонтрастная линейно поляризационная пленка | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | Полимерная пленка | 400–700 | 9000: 1 | Одинарный: 42 | $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Линейные стеклянные поляризационные фильтры | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | B270 и полимерная пленка | 400–700 | 100: 1 | Одинарный: 30 | $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Установленные линейные стеклянные поляризационные фильтры | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | Флоат-стекло | 400–700 | 19: 1 | Одиночный: 30 | $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Круглые поляризаторы | Визуализация, микроскопия, дисплей, регулировка интенсивности | ПММА и полимерная пленка | 400–700 | – | 42 | \ $ \ $ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Линейные поляризаторы ближнего ИК-диапазона | БИК-лазеры, светодиоды, телекоммуникации | B270 и полимерная пленка | 450–750 | 1000: 1 | 30 | \ $ $$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Руководство по выбору: тонкопленочные поляризаторы |
|---|
Тонкопленочные поляризаторы работают на основе технологии тонких пленок.
| Тип | Подложка | Диапазон длин волн / конструкция Длина волны (нм) | Коэффициент ослабления | Пропускание (%) | Стоимость | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сверхбыстрые тонкопленочные поляризаторы | Плавленый кремнезем УФ класса | 750–850 | Прозрачный 20: 1 | T p > 85 / T s <4 | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Линейные поляризаторы высокоэнергетического лазера | Плавленый кремнезем УФ класса | 355, 532, 633, 1064 | 10 000: 1 | T p > 98 | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Руководство по выбору: Отражающие поляризаторы |
|---|
Отражающие поляризаторы передают желаемую поляризацию и отражают остальную.Они используют либо проволочную сетку, угол Брюстера, либо эффекты интерференции. Угол Брюстера — это угол, под которым, согласно уравнениям Френеля, отражается только s-поляризованный свет. Поскольку p-поляризованный свет не отражается, в то время как s-поляризованный свет частично отражается, прошедший свет обогащается p-поляризацией.
Рисунок 2: Отражающие поляризаторы, доступные в виде кубических светоделителей, пластинчатых светоделителей или тонких пленок, отражают нежелательное состояние поляризации| Тип | Приложения | Диапазон длин волн (нм) | Порог лазерного повреждения | Стоимость | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Окна Брюстера | Лазерные резонаторы | 200–2200 | Высокая | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Широкополосные поляризационные пластинчатые светоделители | Приложения с ограниченным пространством / весом, низкая стоимость и низкий коэффициент ослабления, приложения для фемтосекундных лазеров | 250–1550 | По возрастанию | $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Широкополосные поляризационные кубические светоделители | Совмещение балок | 400–1100 | По возрастанию | $$ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поляризаторы для проволочной сетки | Требования к окружающей среде, широкополосные приложения, инфракрасный порт, неколлимированный свет | 300–15000 | По возрастанию | \ $ \ $ — \ $ $$ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Поляризационные кубические светоделители с проволочной сеткой | Широкополосные приложения, неограниченный свет | 400–700 | По возрастанию | \ $ \ $ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Руководство по выбору: двулучепреломляющие поляризаторы |
|---|
Двулучепреломляющие поляризаторы передают желаемую поляризацию и отклоняют остальную. Они основаны на кристаллах с двойным лучепреломлением, где показатель преломления света зависит от его поляризации. Неполяризованный свет при ненормальном падении будет разделен на два отдельных луча при входе в кристалл, поскольку преломление s- и p-поляризованного света будет различным.Большинство конструкций состоят из двух соединенных двулучепреломляющих призм, угол, под которым они соединены, и относительная ориентация их оптических осей определяют функциональность поляризатора. Поскольку для этих поляризаторов требуются оптически чистые кристаллы, они дороги, но имеют высокие пороги лазерного повреждения, превосходные коэффициенты экстинкции и широкий диапазон длин волн.
Рисунок 3: Кристаллические поляризаторы, такие как поляризатор Глана-Тейлора, передают желаемую поляризацию и отклоняют остальную, используя свойства двойного лучепреломления своих кристаллических материалов Рисунок 4a: Поляризаторы Глана-Тейлора Рисунок 4b: Поляризаторы для лазера Глана Рисунок 4c: Поляризаторы Глана-Томпсона| Тип | Приложения | Диапазон длин волн (нм) | Порог лазерного повреждения | Стоимость | |||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Глан-Томпсон | Применение лазеров, высококачественная визуализация и микроскопия | 220–2200 | Средний | \ $$$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Глан-Тейлор | Применение лазеров, спектроскопия | 220–2200 | Высокая | \ $ $$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Глан-Лазер | Применение лазеров, лазеры с модуляцией добротности | 220–2200 | Очень высокий | \ $$$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Призмы Волластона | Лабораторные эксперименты, где требуется доступ к обеим поляризациям | 190–4000 | Высокая | \ $$$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
| Призмы Рошона | Лабораторные эксперименты, где требуется доступ к обеим поляризациям | 130–7000 | Высокая | \ $ $$ | |||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||
ITOS GmbH — это подразделение Edmund Optics, которое с 1993 года поставляет как индивидуальные, так и готовые поляризационные решения для рынков Германии и Европы.Подразделение ITOS расширяет возможности EO в области производства и метрологии поляризации, предоставляя клиентам более широкий спектр стандартной и нестандартной поляризационной оптики.
Список литературы
- Басс, Майкл, Казимер Декусатис, Джей Энох, Васудеван Лакшминараянан, Гуйфанг Ли, Кэролайн Макдональд, Вирендра Махаджан и Эрик Ван Страйланд, ред. Справочник по оптике: геометрическая и физическая оптика, поляризованный свет, компоненты и инструменты . 3-е изд. Vol. 1. Нью-Йорк, Нью-Йорк: McGraw-Hill Education, 2010.
- Гольдштейн, Деннис. Поляризованный свет . 2-е изд. Нью-Йорк, Нью-Йорк: Марсель Деккер, 2003.
RP Photonics Encyclopedia — поляризаторы, поглощающие, поляризационные светоделители, двулучепреломление, кальцит, призма Глана-Тейлора, призма Волластона, тонкопленочные поляризаторы
Поляризатор — это своего рода оптический фильтр, светопропускание которого сильно зависит от состояния поляризации. Обычно свет с линейной поляризацией в определенном направлении проходит, а свет, поляризованный в ортогональном направлении, либо поглощается, либо направляется в другом направлении.
Большинство поляризаторов действуют на основе линейной поляризации. Однако можно также сконструировать устройства, пропускающие свет с определенной круговой поляризацией, обычно с использованием одной или нескольких четвертьволновых пластин или, возможно, вращателей Фарадея в сочетании с линейным поляризатором.
Обратите внимание, что поляризатор , но не может преобразовывать любую поляризацию входящего света в желаемую поляризацию; это физически невозможно. Он может удалить только свет с нежелательной поляризацией.
Идеальный поляризатор должен обладать следующими свойствами:
- Свет с «правильным» состоянием поляризации проходит полностью (без потери оптической силы), тогда как свет с другим направлением поляризации полностью блокируется (полное гашение).
- Пропущенный свет имеет степень поляризации точно 100%, а его поперечный профиль электрического поля не изменяется.
- Все это будет работать для произвольных длин волн, для широкого диапазона углов падения и при произвольно высоких уровнях оптической мощности.
- Не было бы искажений волнового фронта.
На практике поляризаторы не идеальны. В частности, они не обеспечивают полного исчезновения. Кроме того, они поглощают или отражают некоторую часть оптической мощности, а поглощенная часть может приводить к тепловым эффектам, таким как искажение луча.Даже при низких уровнях мощности возникают некоторые искажения волнового фронта. Производительность во многом зависит от используемого типа поляризатора (см. Ниже).
Использование поляризатора может иметь разные цели:
- В некоторых приложениях важным аспектом является обеспечение того, чтобы один выход был линейно поляризованным (с высокой степенью поляризации), в то время как не имеет значения, что происходит с входным светом с «подавленным» состоянием поляризации.
- В других случаях необходимо разделить разные компоненты поляризации, чтобы использовать обе.Часто желательна высокая степень поляризации обоих.
- Поляризаторы также используются для объединения двух поляризованных лучей в один выходной луч, который может быть поляризованным или неполяризованным. (См. Статью о комбинировании поляризационных пучков.)
Абсорбирующие поляризаторы (= дихроичные поляризаторы)
Для приложений с низким энергопотреблением часто используются поляроидные фильтры (поляризационные поля , поляризаторы ). Их также называют дихроичными .Они состоят из специального легированного пластика (полимерных материалов), который растянут в одном направлении, так что полимерные цепи более или менее выровнены вдоль одной оси. Свет с направлением поляризации вдоль цепочек сильно поглощается, тогда как поглощение слабое для света с направлением поляризации, перпендикулярным им. Полимерный лист обычно крепится в каком-нибудь твердом держателе, на котором могут быть отметки, указывающие направление поляризации для максимального пропускания.
Подобные листы используются для поляризационных очков (также называемых поляризованными очками ).В случае солнцезащитных очков передается только вертикально поляризованный свет. Это уменьшает блики от водных поверхностей, например, поскольку горизонтально поляризованный свет сильнее отражается от таких поверхностей. В случае поляризационных очков для просмотра 3D один глаз получает вертикальную поляризацию, а другой глаз — горизонтальную. Таким образом, 3D-дисплей может передавать отдельные изображения для глаз.
Полимерные листовые поляризаторы могут быть довольно большими, и обычно они довольно дешевы.
Более современный тип поглощающего поляризатора основан на наночастицах серебра или меди, внедренных в тонкую стеклянную пластину.Эти стеклянные поляризаторы намного дороже и недоступны в очень больших размерах, но предлагают значительно лучшие характеристики с точки зрения коэффициента затухания поляризации. Ламинированные версии механически более прочны и вызывают меньшие искажения волнового фронта.
Абсорбционные фильтры могут работать только с весьма ограниченной оптической мощностью (имеют низкий порог оптического повреждения), потому что поглощенная мощность преобразуется в тепло, и лист можно легко повредить при его перегреве. В случае простых поляризаторов из полимерных листов оптическая интенсивность всего 1 Вт / см 2 уже может быть критической.
Отражающие поляризационные пленки
Существуют отражающие поляризационные пленки, которые в значительной степени пропускают свет с определенным линейным направлением поляризации, отражая (не поглощая) большую часть света. Такие пленки широко используются для жидкокристаллических дисплеев, которым требуется поляризованное освещение. Хотя, по меньшей мере, половина генерируемого света обычно теряется на входном поляризаторе, эта часть может быть, по меньшей мере, частично «переработана», если она отражается в сторону источника света и, таким образом, по меньшей мере частично преобразуется в правильное направление поляризации.
Поляризационные светоделители на основе двулучепреломления
Гораздо более высокие оптические силы могут обрабатываться поляризаторами, в которых свет с «отклоненным» состоянием поляризации не поглощается, а только направляется в каком-то другом направлении. (Если в дальнейшем потребуется поглощение, отвод луча может выдержать гораздо более высокие мощности, чем оптический элемент.) Наиболее распространенный тип поляризационных светоделителей использует двойное лучепреломление прозрачного кристаллического материала, такого как кварц (SiO 2 ), кальцит (CaCO 3 ), ванадат иттрия (YVO 4 ), бета-борат бария (BBO) или магний. фторид (MgF 2 ).Часто два куска такого материала с разной ориентацией оптической оси склеиваются вместе (или соединяются с небольшим воздушным пространством). Устройство часто устанавливают в полимерный корпус, который также может содержать отвод луча для света с отклоненным направлением поляризации.
Используются разные физические принципы двулучепреломляющих поляризаторов:
Рисунок 1: Призма Глана – Тейлора. полное внутреннее отражение имеет место для s-поляризации, тогда как отражение мало для p-поляризации из-за работы, близкой к углу Брюстера.- В некоторых типах поляризаторов, таких как призма Николя , призма Глана-Томпсона , призма Глана-Тейлора и призма Глана-Фуко , полное внутреннее отражение происходит для одного состояния поляризации, но не для другого, так что на этих выходах можно получить совершенно разные направления луча.
- Другие типы поляризаторов, такие как призма Волластона , призма Номарского , призма Рошона и призма Сенармона , используют только несколько иные углы преломления из-за двойного лучепреломления, но не отражения.Здесь два выходных луча разделены менее сильно.
Такие двулучепреломляющие кристаллические поляризаторы различаются по разным параметрам:
- Для истинно поляризационных светоделителей, таких как призма Волластона, оба выходных луча полностью поляризованы. Это не относится к некоторым другим конструкциям, таким как призма Глана – Томпсона, призма Глана – Фуко и призма Глана – Тейлора (хотя они могут быть более или менее оптимизированы в этом отношении).Обратите внимание, что для многих приложений используется только один выход, поэтому этот аспект не всегда актуален.
- Для некоторых конструкций (например, призма Глана – Тейлора, призма Глана – Фуко, призма Рошона и призма Сенармона) один из задействованных лучей не отклоняется, т. Е. Продолжает распространяться после поляризаторов в том же направлении, что и падающий луч.
- Некоторые конструкции работают правильно только для узкого диапазона углов падения, тогда как другие имеют более широкий диапазон углов падения.Например, призма Глана – лазер представляет собой вариант призмы Глана – Тейлора, которая работает только в узком диапазоне углов (что обычно не представляет проблемы при работе с лазерными лучами с низкой расходимостью), но имеет более низкие оптические потери и более высокую порог оптического повреждения.
- Конструкции, в которых используется цемент, а не воздушный зазор, как правило, имеют более низкий порог оптического повреждения.
- Многие поляризаторы имеют просветляющие покрытия, которые хорошо работают только в ограниченном диапазоне длин волн.
- Некоторые кристаллические материалы, такие как BBO, позволяют работать на особенно коротких длинах волн в ультрафиолетовой области спектра, тогда как другие хорошо подходят для инфракрасного света.
Причина использования множества различных конструкций двулучепреломляющих поляризаторов заключается в том, что разные приложения могут иметь совершенно разные требования к поляризаторам, и ни одна конструкция не может удовлетворить всем требованиям.
Тонкопленочные поляризаторы
Фигура 3: Тонкопленочный пластинчатый поляризатор.Существуют различные виды тонкопленочных поляризаторов . Тонкопленочные поляризаторы (рис. 3) состоят из диэлектрического покрытия на стеклянной подложке. (Обратите внимание, что подложка не обязательно должна быть двулучепреломляющей.) При ненормальном падении (в определенном диапазоне углов падения) отражательная способность покрытия может сильно зависеть от поляризации. Возможно, что «отклоненный» луч находится под углом отклонения 90 °, что часто бывает удобно. Однако многие поляризаторы с тонкопленочными пластинами работают под углом Брюстера, поэтому антиотражающее покрытие с одной стороны не требуется.
Имеются поляризационные кубические светоделители , в которых диэлектрическое покрытие нанесено на одну призму под углом 45 °, а другая призма под углом 45 ° приклеена к покрытию, так что в целом получается куб.
Обратите внимание, что они могут работать только в ограниченном диапазоне длин волн, поскольку интерференционные эффекты в многослойном покрытии, конечно, зависят от длины волны. Однако возможна работа в диапазоне нескольких сотен нанометров.
Преимущество тонкопленочных поляризаторов состоит в том, что они могут быть изготовлены с довольно большими размерами, что затруднительно с кристаллическими (двулучепреломляющими) поляризаторами.
Подробнее о тонкопленочных поляризаторах.
Поляризаторы для проволочной сетки
Поляризаторы для проволочной сетки изготавливаются путем изготовления очень узких (субволновых) металлических полос на стеклянной подложке (с использованием литографической техники) или в отдельно стоящей конструкции (для более длинных волн).Такие устройства отражают s-поляризованный свет, в то время как свет передается p-поляризованным. Их можно использовать при очень высоких уровнях средней мощности.
Характеристики поляризатора характеризуются различными характеристиками:
- Потери мощности для переданного состояния поляризации должны быть как можно меньше. Вместо потерь можно указать пропускную способность (например, 99,5%). Они часто ограничиваются характеристиками просветляющих покрытий.
- Отклоненная поляризация должна быть максимально подавлена.Наиболее распространенная спецификация — это коэффициент ослабления поляризации (или коэффициент контрастности ), который представляет собой отношение максимального пропускания к минимальному. Простые листовые поляризаторы могут достигать коэффициента экстинкции только 500: 1, в то время как высококачественные поляризаторы с двойным лучепреломлением (например, призмы Глана – Тейлора) могут достигать 10 6 : 1. Вместо коэффициента экстинкции можно указать само затухание, которое представляет собой (небольшую) долю падающей мощности, которая передается для отклоненного состояния поляризации.Обратите внимание, что коэффициент ослабления поляризации может сильно отличаться между двумя выходами поляризатора. Например, для поляризационного куба он может быть намного меньше для отраженного луча, чем для прошедшего луча.
- Существует номинальный диапазон длин волн, в котором работает поляризатор. Это диапазон длин волн, в котором выполняются другие спецификации (коэффициент ослабления и т. Д.). Поляризаторы лазерных линий обычно представляют собой тонкопленочные поляризаторы, которые оптимизированы для узкого диапазона длин волн и обеспечивают там очень высокие характеристики.С другой стороны, существуют широкополосные поляризаторы тонкопленочного типа или на основе двулучепреломления.
- Существует также ограниченный угловой диапазон. Некоторые поляризационные кубы, например, предлагают слишком узкий угловой диапазон (например, всего 3 °) для работы с существенно расходящимся светом, но нет проблем с их использованием с коллимированными лазерными лучами. Другие конструкции поляризаторов могут иметь гораздо больший угловой диапазон, порядка 10 ° или даже больше. Это особенно верно для поляризаторов из дихроичного стекла и поляризаторов из проволочной сетки.
- Низкие искажения волнового фронта необходимы во многих приложениях, так как в противном случае качество луча может ухудшиться в поляризаторе. Неламинированные дихроичные полимерные поляризаторы, а также поляризаторы из проволочной сетки могут быть проблематичными в этом отношении, тогда как кристаллические поляризаторы обычно демонстрируют низкие искажения волнового фронта.
- Имеется максимальная средняя мощность, с которой может справиться поляризатор. Для непоглощающих поляризаторов она может быть довольно высокой, если паразитные потери мощности малы.
- Порог оптического повреждения может иметь значение, особенно при работе с интенсивными лазерными импульсами, например, от лазера с модуляцией добротности.Для работы на очень высоких уровнях пиковой мощности обычно требуется большая светлая диафрагма. Однако большие апертуры обычно предполагают существенно более высокие цены, особенно для поляризаторов на основе кристаллов (двулучепреломляющих). С тонкопленочными поляризаторами, а также с листовыми поляризаторами большие размеры не представляют проблемы.
- Некоторые геометрические свойства также могут быть важны для приложений. Некоторые конструкции имеют длину больше, чем прозрачное отверстие, в то время как другие могут быть намного тоньше. Угол, под которым отраженная составляющая поляризации покидает устройство, также может иметь значение.Угол 45 ° может быть удобным; в некоторых случаях достаточно большого углового разноса.
- Еще одним интересным моментом может быть введенная хроматическая дисперсия, например, когда ультракороткие импульсы передаются через длинный кристаллический поляризатор.
Обратите внимание, что высокие характеристики поляризатора труднее достичь в экстремальных диапазонах длин волн, особенно в ультрафиолетовой области спектра.
Выбор поляризатора для приложения может быть относительно сложной задачей, поскольку необходимо учитывать множество различных аспектов.Различные требования для различных приложений также являются причиной того, почему используется так много конструкций поляризаторов.
Код для ссылок на других сайтах
Если вы хотите разместить ссылку на эту статью на каком-либо другом ресурсе (например, на своем веб-сайте, в социальных сетях, дискуссионном форуме, Википедии), вы можете получить здесь требуемый код.
HTML-ссылка на эту статью:
Статья о поляризаторах
в
Энциклопедия фотоники RP С изображением для предварительного просмотра (см. Рамку чуть выше):
alt = "article"> Для Википедии, например в разделе «== Внешние ссылки ==»:
* [https://www.rp-photonics.com/polarizers.html
статья о «поляризаторах» в энциклопедии RP Photonics] оптических фильтров поляризатора, изготовленная на заказ оптическая поляризация
ARO предлагает оптические поляризаторы с узкой и широкополосной опциями.Наши покрытия имеют высокие пороги повреждения и высокие коэффициенты затухания с возможностью оптимизации S или P pol.
Выбор продукта
УФ поляризация
УФ-поляризаторы из каталогаARO — отличный недорогой вариант для вашего лазерного применения. В дополнение к опциям по каталогу мы предоставили модифицированные стандартные и нестандартные поляризаторы УФ-излучения до 193 нм.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ Посмотреть каталогСверхбыстрые поляризаторы
ARO предлагает тонкопленочные поляризаторы, которые были разработаны для обеспечения максимальной производительности в усилителях с титаном: сапфиром.Многократные обходы усилителя многократно влияют на характеристики любой оптики в резонаторе. Отдел продаж ARO может предложить бесплатное предложение для нестандартных тонкопленочных поляризаторов.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ Посмотреть каталогПоляризаторы высокой энергии
ARO обеспечивает эффективность поляризаторов высокой энергии за счет усовершенствованного дизайна покрытия и передовых технологий. Поляризационная оптика предназначена для использования в некоторых из самых требовательных лазеров в мире. Покрытия поляризатора ARO отлично подходят для использования с лазерами Nd: YAG.
УЗНАТЬ БОЛЬШЕ Посмотреть каталогПользовательские поляризаторы
Наша техническая группа рассмотрит ваш оптический чертеж или пользовательские спецификации и предоставит расценки. Обычно мы предлагаем:- Размер: от 3 мм до 400 мм
- Шероховатость поверхности: 3Ǻ с возможностью обеспечения менее 1Ǻ по запросу
- Качество поверхности: 10/5 Качество лазера (царапина / копание)
- Ровность поверхности: мы обычно обеспечиваем 1 / 10λ от пика до впадины на 632.8 нм, с возможностью достижения 1 / 40λ от пика до впадины
- Стандартные допуски включают + 0 / -0,005 ″ для диаметра, длины или ширины и ± 0,005 ″ для толщины
- Параллельность: 1 минута с возможностью изготовления менее 5 секунд на плоских / плоских деталях по запросу
- Длина волны покрытия: 193 нм — 3000 нм
- Коэффициент отражения: от 0,2% до 99,5% Коэффициент отражения
- AOI: 0-60 градусов
Пластинчатые и кубические светоделителиТонкопленочные поляризаторыARO обеспечивают непревзойденное сочетание высокого коэффициента экстинкции, высокого порога повреждения, превосходной механической прочности и длительного срока службы.Технология, используемая для изготовления этих поляризаторов с высокими характеристиками, является результатом нашего совместного опыта в производстве оптики для некоторых из самых требовательных в мире лазерных систем и приложений. ARO поставляет поляризаторы для крупнейшей в мире лазерной системы в Национальной лаборатории зажигания Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и оптику траектории луча для передовых, сверхбыстрых лазерных исследовательских университетов. От подготовки подложки до тонкопленочного покрытия и упаковки продукции — мы применяем наш современный опыт как для стандартной, так и для изготовленной на заказ оптики.Alpine Research Optics предлагает широкий выбор поляризаторов высочайшего качества для лазерных систем. |
Разделители поляризационного луча
Поляризационные светоделители используются для разделения света на поляризованные части. Они часто находят свое применение в фотонных устройствах для передачи p-поляризованного света при отражении s-поляризованного света. Мы предлагаем широкий спектр поляризационных светоделителей различных форм и конфигураций для самых разных применений, будь то разделение падающего пучка на два смещенных параллельных пучка или расщепители, предназначенные для обычных длин волн.Мы стремимся предоставить вам широкий выбор поляризационных светоделителей, разработанных с использованием новейших технологий, в соответствии с политикой обеспечения качества Alpine Research Optics.Производство оптических поляризаторов
У нас работают только самые профессиональные работники, которые годами занимаются производством, изготовлением и нанесением покрытий на поляризаторы. Независимо от того, какая форма поляризационной оптики вам может понадобиться, мы предоставим вам только лучшие варианты. Мы берем на себя полный процесс создания, сборки и обработки любых поляризационных зеркал, окон, линз, светоделителей и многого другого.Наша оптическая продукция всегда соответствует высочайшим стандартам, поэтому наша поляризационная оптика используется чрезвычайно широким кругом клиентов в самых разных областях. Свяжитесь с нами, чтобы получить профессиональную консультацию по поляризационной оптике, адаптированной к вашей лазерной системе.Подробнее
Поляризаторы — Оптические фильтры
Поляризаторы используются для анализа или создания поляризованного света. Используя листовую основу из дикроитного полимера, мы можем предложить широкий спектр вариантов, включая размеры, поляризацию и светопропускание.
Общие заявки:
- Фильтры увеличения контрастности
- Сенсорные экраны, читаемые при солнечном свете
- Фотография
- Анализ напряжений стекла и пластмасс
- Оптические датчики и световые завесы безопасности
- Проекционные системы 3D
- Офтальмология
Исходный материал, запатентованный в 1929 году и далее разработанный Эдвином Ландом под названием H-type , представляет собой полимер поливинилового спирта (ПВС), пропитанный йодом.Во время производства полимерные цепи ПВС растягиваются так, что они образуют массив выровненных линейных молекул в материале. Затем добавка йода присоединяется к молекулам ПВС, делая их проводящими по всей длине цепочек. Свет, поляризованный параллельно цепочкам, поглощается, а свет, поляризованный перпендикулярно цепям, передается.
Поляризаторы технической серии H производились компанией Polaroid до декабря 2004 года, когда бывшие владельцы 3M закрыли производство поляризаторов на основе йода.
Обладая обширным опытом и знаниями в области поляризаторов на основе йода, компания Optical Filters долгое время была торговым посредником Polaroid с добавленной стоимостью. Хотя эти поляризаторы были сняты с производства, мы продолжаем поставлять и производить технические поляризаторы самого высокого качества на основе PVAL, такие как линейные и круговые поляризаторы, в качестве альтернативы старому диапазону Polaroid. Мы также предлагаем новые варианты для современных приложений и рынков.
В дополнение к поставке фильтрующего материала в листах, мы предлагаем полный спектр производственных услуг по резке и отделке деталей до окончательного размера.Также возможно полное оптическое ламинирование стекла и пластика.
Неполяризованный свет представляет собой сложную смесь случайных волновых фронтов, поперечных линии движения. Линейные поляризационные фильтры избирательно поглощают световые колебания в определенных плоскостях. Когда свет проходит через линейный поляризатор, его колебания ограничиваются одной линейной плоскостью.
Круговой поляризатор представляет собой комбинацию линейного поляризатора и замедлителя волны, ориентированного под углом 45 °, который закручивает свет в круговую форму.Луч неполяризованного света, проходящий через линейный поляризатор, становится поляризованным под углом 45 ° к оси замедлителя. Когда этот поляризованный световой луч проходит через замедлитель, его направление колебаний движется по спирали. После того, как луч света отражается от зеркальной поверхности, направление вращения вибрации меняется на противоположное. Затем это вращение останавливается и, в свою очередь, отправляется через замедлитель. Световой луч теперь линейно поляризован в плоскости под углом 90 ° к своей исходной плоскости поляризации и поглощается линейно поляризованным компонентом кругового поляризатора.
Круглые поляризаторы очень эффективны при устранении «размытия» солнечного света, вызванного отражением окружающего света от дисплея.
Замедлители схватывания изготовлены из материала с двулучепреломлением. Фазовый сдвиг зависит от ориентации материала, создающего модифицированное поляризованное состояние. Например, для создания кругового поляризатора фаза должна быть 1/4 длины волны.
Фильтры 3D-поляризатора
Для пассивной 3D-визуализации два изображения должны быть разделены для каждого глаза зрителя, обычно это делается путем проецирования изображений через линейные поляризаторы, расположенные под перпендикулярными углами.Зритель носит очки с линейной поляризацией, расположенные под дополнительными углами к проецируемым изображениям, так что каждый глаз может видеть только соответствующее изображение.
Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о поставке линейных поляризующих фильтров для этого 3D-приложения.
Фотоанализ упругого напряжения
Использование поляризованного света обязательно, иначе можно будет увидеть невидимое напряжение в прозрачном материале. Он показывает как место, так и интенсивность стресса.Например, при литье под давлением экструдированные листы и литые пластмассы.
Свяжитесь с нами для получения дополнительной информации о поставке поляризаторов для этого анализа напряжений.
Сенсорные экраны с возможностью чтения при солнечном свете
Читаемость при солнечном свете — большая проблема для резистивных сенсорных экранов. Комбинация плохо согласованных воздушных зазоров и отражающего покрытия ITO приводит к тому, что дисплей плохо читается.
Добавление поляризатора и, в некоторых случаях, замедлителя схватывания, значительно улучшает контрастность резистивных сенсорных дисплеев.Типичными приложениями, которые извлекают выгоду из этой технологии, являются портативное оборудование, морские дисплеи на палубе, наружные дисплеи, дисплеи для авионики и HMI в автомобиле.
Поляризаторы | Круговой поляризатор | Деполяризатор Cube Lyot
Заголовок:* Мистер Г-жа Скучать РС Dr
Применение / Тип инструментаАвтомобильная оборона и аэрокосмическая промышленностьОбразование и исследованияЭлектроника и оптоэлектроникаИнжиниринг и производствоРазвлечения и дизайнИнструментальное оборудованиеЛазерные технологииЖизнь / биотехнологииМедиаМедицинаНанотехнологииНефть и газПрочие розницы
AfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBrazilBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCanadaCape VerdeCayman IslandsCentral African RepublicChadChileChinaColombiaComorosCongoCongo, Демократическая Республика theCook IslandsCosta RicaCote D’IvoireCroatiaCyprusCzech RepublicDenmarkDjiboutiDominicaDominican RepublicEcuadorEgyptEl SalvadorEritreaEstoniaEthiopiaFijiFinlandFranceFrench GuianaFrench PolynesiaGabonGambiaGeorgiaGermanyGhanaGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuernseyGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJerseyJordanKazakhstanKenyaKiribatiKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народная Демократическая RepublicLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembour gMacaoMacedonia, бывшая югославская Республика ofMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные Штаты ofMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontenegroMontserratMoroccoMozambiqueNamibiaNepalNetherlandsNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Новый GuineaParaguayPeruPhilippinesPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint Киттс и NevisSaint LuciaSaint Винсент и GrenadinesSan MarinoSaudi ArabiaSenegalSerbiaSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSouth AfricaSpainSri LankaSurinameSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTimor-LesteTogoTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Острова КайкосТувалуУгандаУкраинаОбъединенные Арабские ЭмиратыВеликобританияСоединенные ШтатыУругвайУзбекистанВануатуВенесуэлаВьетнамВиргинские острова, БританияЙеменЗамбияЗимбаб ср
Свет лучшего качества для оптических приложений
Волоконно-оптические поляризаторы значительно улучшают характеристики во многих системах передачи по оптоволокну.Любезно предоставлено GlobalSpec.
Волоконно-оптические кабели — распространенный и чрезвычайно эффективный метод передачи данных и световодов. Полные оптоволоконные сети могут передавать данные на большие расстояния с широкой полосой пропускания. Это делает волокна идеальной технологией для широкого спектра применений в медицинской, сетевой и военной промышленности. В то время как поляризованный и неполяризованный свет может проходить через оптические волокна, неполяризованный свет распространяется со значительными потерями и искажениями на большие расстояния, что может быть критически вредным для передачи информации по оптическим сетям.
Волоконно-оптические поляризаторы являются одним из средств решения этой всеобъемлющей проблемы и чрезвычайно полезны для обеспечения самого сильного и чистого выходного сигнала. Эти устройства представляют собой небольшие отрезки кабеля, размещенные на одной линии с оптоволокном, которые способны поляризовать входящий свет. Волокна с регулируемой поляризацией производят выходные сигналы с максимальной интенсивностью и шириной полосы без ограничения скорости. В этом сообщении в блоге мы узнаем основы поляризации в оптоволокне и почему оптоволоконные поляризаторы — лучший вариант для высокоскоростной передачи.
Одномодовые и многомодовые волокна переносят свет по-разному, но оба они подвержены влиянию поляризационной модовой дисперсии. Любезно предоставлено AD-net.
Типы кабелей
Волоконно-оптические кабели могут быть одномодовыми или многомодовыми. Количество мод говорит нам, как свет может распространяться по волокну. Одномодовые волокна могут поддерживать только один режим распространения. Хотя волны могут содержать разные частоты, все они пространственно распределены одинаково. Однако многомодовые волокна имеют гораздо больший диаметр сердцевины, что обеспечивает более высокую светосилу и большее количество способов распространения по кабелю.Хотя эти волокна проще, чем одномодовые, они гораздо более ограничены по полосе пропускания и расстоянию перемещения.
На приведенном выше рисунке показан базовый пример двойного лучепреломления через материал. Любезно предоставлено Wikipedia Commons.
Двулучепреломление и поляризация в волокнах
Двулучепреломление — это свойство оптических материалов, где показатель преломления зависит от направления поляризации входящего света. Это свойство характерно для большинства нелинейных кристаллов и многих оптических волокон.Идеальные сердцевины волокна имеют идеально круглую форму, но на практике большинство волокон испытывают механические нагрузки из-за изгиба или манипуляций. Сдвинутая геометрия сердцевины волокна затем вызывает искажения поляризационной моды по длине как одномодового, так и многомодового волокна. Тогда одна поляризационная мода будет перемещаться в другом пространстве, чем другая.
Как это может повлиять на характеристики волокна? Удлиненные импульсы из-за двойного лучепреломления приводят к увеличению шума и снижению качества выходного света. Разные поляризации света могут в разной степени поглощаться материалами.Контроль поляризации важен для большинства оптических приложений, поскольку поляризация света влияет на фокусировку лазерных лучей, влияет на длину волны отсечки фильтров и может иметь важное значение для предотвращения нежелательных обратных отражений.
Вносимая потеря — Вставка оптоволоконного поляризатора (или любого оптического компонента) в систему неизбежно вызовет затухание. Лучшие поляризаторы минимизируют результирующие потери.
Доступная полоса пропускания — Для разных приложений требуется разная (или более широкая) полоса пропускания; Важно выбрать поляризатор и волокно, которые соответствуют желаемой выходной полосе пропускания.
Размер — Большинству систем лучше всего подходят поляризаторы меньшего размера просто из-за ограниченности доступного пространства. Меньшие поляризаторы также обычно вызывают меньшие вносимые потери.
Коэффициент ослабления — Этот коэффициент, вероятно, является наиболее важным фактором при выборе лучшего оптоволоконного поляризатора для данной системы. Коэффициент экстинкции дает отношение пропускания желаемой поляризации к пропусканию нежелательной поляризации. Таким образом, этот коэффициент является лучшим показателем качества поляризатора.
Волоконно-оптические поляризаторы являются важным строительным блоком для волоконно-оптических сетей. Эти устройства позволяют стандартизировать входы и выходы света для простой конструкции с оптоволоконными соединителями без оптики для свободного пространства. Поэтому они идеально подходят для широкого спектра приложений для обработки данных и измерений с высокой плотностью данных.
Волоконно-оптические усилители
Хотя волоконно-оптические поляризаторы могут принести пользу большинству оптоволоконных систем, они особенно полезны для целей усиления.Легированные волокна действуют как усиливающая среда во многих твердотельных лазерах. Здесь когерентный свет нагнетает примесь, чтобы стимулировать излучение, а затем распространяется по волокну. Этот каскад генерации для оптимального усиления обычно зависит от поляризации. Поляризаторы значительно уменьшают эффекты двойного лучепреломления и дисперсии поляризационных мод, тем самым обеспечивая большее усиление и более сильный выходной сигнал.
Измерение поляризации
Поскольку оптоволоконные поляризаторы работают как светофильтры, они также очень эффективны при обнаружении и измерении.Волоконно-оптические поляризаторы могут сообщить пользователю много информации о проходящем через него свете и самом волокне. Поляризаторы позволяют проводить анализ, мониторинг и контроль поляризации.
СИГМАКОКИ
Направляющая
Замечания по применению поляризаторов
Человек невооруженным глазом не может различить свет с линейной поляризацией и свет с круговой поляризацией.
Но поляризационная оптика позволит вам увидеть ситуацию в поляризованном свете.
Здесь мы представляем основы использования поляризаторной оптики.
Как подтвердить ось поляризации поляризующей оптики
Следующий метод покажет вам, как найти направление поляризации, когда на оптике нет ни маркировки, ни направления оси поляризации.
Наблюдайте за отражением косого луча света из окна над блестящей циновкой.
Используйте поляризатор света, чтобы проверить направление отраженного света.
Наблюдайте за отраженным светом с помощью поляризатора, поворачивая поляризатор, освещение идет вверх и вниз.
Когда свет темный, верхняя и нижняя стороны поляризатора показывают оси поляризации отраженного света.
Нам не нужен какой-либо конкретный инструмент и место для подтверждения направления света.
Какая нормальная координата поляризатора
Оптика с одним поляризатором не может излучать свет с круговой поляризацией.
Это зависит от объекта, на который попадает свет.
По этой причине образец эксперимента или цель эксперимента зависят от направления нормальной координаты.
① Поляризационная ось
В стандартном эксперименте используется лазер с фиксированным поляризатором и осью линейного поляризатора.
Корпус оптики поляризатора:
При повороте поляризатора 2 на 90 градусов световая ось, прошедшая через поляризатор 1, исчезает.
Образец двулучепреломления (волновая пластинка):
Установите стандартный эксперимент с лазером, поляризатором 1 и поляризатором 2. Образец волновой пластины устанавливается между поляризатором 1 и поляризатором 2.
Поверните волновую пластину до самого темного положения и отметьте положение как 0 градусов.
② Вертикальное направление на столе
Нет необходимости в какой-либо конкретной настройке; оптика может быть в любом направлении.
Этот эксперимент будет проводиться в вертикальном направлении.
При ненастроенной поляризационной оптике:
Возьмите оптику поляризатора за стандарт, установите ее вертикально на держателях и отрегулируйте поляризатор на 0 градусов.
Установите другую оптику в соответствии со стандартом, см. Настройку ①.
Требование регулировки поляризатора:
Для оптики, которая продается с держателем, направление поляризатора может быть предварительно установлено на 90 градусов перед отгрузкой.
Для волновой пластины, которая должна быть отрегулирована в быстром направлении 90 градусов, может иметь место допуск в 2 градуса или 3 градуса направления поляризатора, установленного с помощью держателя.
③ Перпендикулярно оси образца
Поэкспериментируйте с призмой BK7. Установите угол падения 56,6 градуса на полированную поверхность призмы.
Падение источника света через поляризатор и поворот поляризатора, затем наблюдение за изменением силы света, отраженного от призмы.
Когда угол падающего луча совпадает с углом 56,6 градуса, который называется углом Брюстера, отраженный луч исчезает.
Наименьший угол отражения от призмы — это P-поляризация; угол поляризатора составляет 90 градусов или 0 градусов.
④ Совместите поляризацию с отражающим объектом
Установите ось поляризации в соответствии с отражающим объектом и направлением падения.
Отраженный луч и лазерный луч создают ось поляризации плоских колебаний, которая называется P-поляризацией, ось поляризации вертикальных колебаний называется S-поляризацией.
Станьте первым комментатором